EP2137045B1

EP2137045B1 - Verfahren und vorrichtung zur vermeidung schneller änderungen des innendrucks in einem geschlossenen raum

Info

Publication number: EP2137045B1
Application number: EP20080734402
Authority: EP
Inventors: Qinghua Zheng; Florian Dignath
Original assignee: ThyssenKrupp Transrapid GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp Transrapid GmbH
Priority date: 2007-04-18
Filing date: 2008-03-20
Publication date: 2011-07-06
Anticipated expiration: 2028-03-20
Also published as: EP2137045A1; US20100101656A1; DE102007019014A1; WO2008128492A1; ES2369118T3; ATE515419T1; CN101657346B; CN101657346A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6.
In geschlossenen Fahrgastzellen verschiedener Fahrzeuge wie Eisenbahnen, Magnet-Sehwebebahnen und Flugzeugen, die hohe Maximalgeschwindigkeiten ermöglichen, kann es beim Betrieb zu unerwünschten Druckänderungen kommen. Eine Ursache hierfür sind bei Eisenbahnen und Magnetschwebefabrzeugen z. B. schnelle, zu Druckwellen führenden Durchfahrten durch enge Tunnel oder Zugbegegnungen auf dicht nebeneinander verlegten Fahrwegen. Da derartige Druckänderungen von den Fahrgästen ab einer bestimmten Druckänderungsgeschwindigkeit als unangenehmer Druck auf den Ohren wahrgenommen werden, wurden vom internationalen Eisenbahnverband UIC Richtlinien (UIC 660) mit Komfortgrenzen für derartige Druckänderungen erlassen. Bei Flugzeugen ergeben sich ähnliche Probleme, wenn sich die Flughöhen schnell ändern, da der Luftdruck mit steigender Höhe abnimmt.
Zur Vermeidung dieses Problems ist es bei Eisenbahnen, insbesondere bei Hochgeschwindigkeitszügen bekannt, die Wagenkästen möglichst druckdicht auszubilden, um dadurch die Geschwindigkeit der Druckänderungen, die sich als Folge von Änderungen des Außendrucks in den Innenräumen ergeben können, so stark zu begrenzen, dass sie von den Passagieren nicht mehr als unangenehm empfunden werden. Zur Herstellung der erforderliche Dichtigkeit ist es allerdings erforderlich, vorhandene Türen, Fenster, Wagenübergänge usw. mit Dichtungen zu versehen, Klimaanlagen od. dgl. mit der Luftzufuhr und -abfuhr dienenden, verschließbaren Ventilen auszurüsten, die z. B. bei der Einfahrt in einen Tunnel geschlossen und bei der Ausfahrt aus einem Tunnel wieder geöffnet werden, und die Wagenkastenstruktur weitgehend ohne offene Durchbrüche zu realisieren. Entsprechendes gilt für Magnetschwebebahnen. Eine andere Möglichkeit zur Vermeidung unangenehmer Druckänderungen besteht darin, das Verhältnis des Tunnelquerscbnitts zum Fabrzeugquerschnitt ausreichend groß zu wählen und Zugbegegnungen nur bei ausreichend weit beabstandeten Fahrwegen zuzulassen oder in Tunneln ganz zu vermeiden, um dadurch die Größe der Druckwelle zu reduzieren.
Demgegenüber wird im Flugzeugbau vorgesehen, den Luftdruck in den Fahrgastzelle mit Hilfe von leistungsstarken, an den Luftein- bzw. Luftauslässen angebrachten Ventilatoren zu regeln. Derartige Regelungen sind für einen dauerhaften Druckausgleich konzipiert und würden bei sehr schnellen Druckänderungen, wie sie z. B. bei Tunneldurchfahrten auftreten, unverhältnismäßig große Ventilatoren erfordern, die außerdem noch hochdynamisch auf schnelle Außendruckänderungen reagieren können.
Die DE 102 33 517 A1 offenbart ein Verfahren zur Vermeidung von schnellen, durch eine äußere Umgebung reduzierten Änderungen des Luftdrucks in einem geschlossenen Raum, wobei der Druck in dem Raum und der Umgebung überwacht wird und abhängig von der Druckdifferenz Lufteintrittsöffnungen und Luftaustrittsöffnungen verschlossen werden, um zu vermeiden, dass sich plötzliche Druckänderungen außerhalb des geschlossenen Raumes auch innerhalb des geschlossenen Raumes auswirken können. Die Strömungswege des Lüftungssystems werden entsprechend bei Druckunterschieden verschlossen, wodurch schnelle Änderungen innerhalb des geschlossenen Raumes teilweise vermieden werden. Allerdings kann bei einem Überdruck Umgebungsluft bei einem nicht völlig dichten Abschluss des geschlossenen Raums auch außerhalb des Lüftungssystems, beispielsweise durch Fenster, Türen oder dgl. eintreten. Die aus der DE 102 33 517 bekannte Vorrichtung ist nicht dazu geeignet, derartige, unvermeidbare Druckschwankungen durch eine aktive Zu- oder Abfuhr von Luft zu kompensieren. Aus der DE 102 08 006 A1 , der EP 0 678 434 A1 sowie der FR 2 769 873 A sind vergleichbare Vorrichtungen und Verfahren zu deren Betrieb bekannt, bei denen die Strömungswege in einem Lüftungssystem abhängig von der Druckdifferenz gesperrt werden. Auch hier ist eine effiziente, aktive Kompensation von den Druckschwankungen nicht mit einfachen Mitteln möglich.
Das technische Problem der Erfindung besteht daher darin, die eingangs bezeichneten Verfahren und Vorrichtungen so zu gestalten, dass ohne großen Aufwand insbesondere schnelle Innendruckänderungen vermieden und damit Beeinträchtigungen der in den geschlossenen Räumen befindlichen Personen vermieden werden können.
Gelöst wird dieses Problem erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 1 und 6.
Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, eine von außen her in dem geschlossenen Raum induzierte, schnelle Druckänderung in Form eines Unterdrucks zumindest teilweise dadurch zu kompensieren, dass dem Raum eine entsprechende Luftmenge zugeführt wird. In analoger Weise wird dem Raum beim plötzlichen Auftreten eines Überdrucks eine entsprechende Luftmenge entnommen. Insbesondere erfolgt die Regelung des Innendrucks so, dass Druckänderungen mit einer vorgewählten Druckänderungsgeschwindigkeit erfolgen. Dadurch ist es möglich, die im Raum befindlichen Personen vor unangenehmen, den Fahrkomfort beeinträchtigenden Druckänderungen zu bewahren. Erfindungsgemäß erfolgt die Zufuhr oder Abfuhr der Luft mit Hilfe eines Über- oder Unterdruckbehälters, wodurch die Anwendung aufwendiger Gebläse, Pumpen od. dgl. vermieden werden kann,
Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch ein Ausführungsbeispiel einer vollständigen Innendruckregelung für einen geschlossenen Raum;
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Regeleinrichtung für eine Innendruckregelung nach Fig. 1;
Fig. 3 schematisch ein Ausführungsbeispiel einer nur teilweisen Innendruckregelung für einen geschlossenen Raum, die nicht von der Erfindung umfasst ist;
Fig. 4 beispielhaft mögliche Druckverläufe im Wagenkasten eines spurgebundenen Fahrzeugs während einer Fahrt durch einen Tunnel;
Fig. 5 in einer der Fig. 4 entsprechenden Darstellung den Druckverlauf in einem vergleichsweise schlecht abgedichteten Raum bei Anwendung einer erfindungsgemäßen Innendruckregelung; und
Fig. 6 eine der Fig. 5 entsprechende Darstellung für den Druckverlauf in einem vergleichsweise gut abgedichteten Raum bei Anwendung einer erfindungsgemäßen Innendruckregelung.

Fig. 1 zeigt schematisch ein derzeit für am besten gehaltenes Ausführungsbeispiel der Erfindung, das eine vollständige Innendruckregelung unabhängig davon ermöglicht, ob der äußere Luftdruck größer oder kleiner als der Luftdruck in dem betrachteten Raum ist. In Fig. 1 ist beispielhaft angenommen, dass der Luftdruck in einem geschlossenen Raum 1 geregelt werden soll, der den Fahrgastraum eines Hochgeschwindigkeitszuges, z. B. eines Magnetschwebefahrzeugs, bildet und von einer Fahrzeugwand 2 umgeben ist. Unter "geschlossen" wird verstanden, dass die Fahrzeugwand 2, wenn nicht gezeigte Fenster und Türen geschlossen sind, ein den Raum 1 umgebendes Gehäuse bildet, das bis auf die üblicherweise vorhandenen Undichtigkeiten und ggf. vorhandenen Be- und Entlüftungsöffnungen für Klimaanlagen od. dgl. rundum dicht ist. Es ist jedoch klar, dass der Raum 1 in Abhängigkeit von seiner Qualität, seinem Alter oder sonstigen Gegebenheiten sowohl gut abgedichtet als auch weniger gut abgedichtet sein kann, wie aus der weiteren Beschreibung ersichtlich wird.
Gemäß Fig. 1 ist sowohl im Raum 1 als auch außerhalb davon (hier als "äußere Umgebung des Raumes 1" bezeichnet) wenigstens je ein Drucksensor 3 und 4 an- geordnet, mittels derer ständig der Luftdruck im Raum 1 (nachfolgend kurz als Innendruck bezeichnet) und der Luftdruck in der äußeren Umgebung (nachfolgend kurz als Außendruck bezeichnet) gemessen werden. Weiter sind wenigstens je ein Überdruckbehälter 5 und ein Unterdruckbehälter 6 vorgesehen, die beide entweder unmittelbar in dem Raum 1 oder außerhalb des Raums 1, z. B. in einer benachbarten Fahrgastzelle oder auch in einem vom Raum 1 abgetrennten Bereich angeordnet sein können, aber wie der Raum 1 ein Bestandteil des betrachteten Fahrzeugs sind.
Der Überdruckbehälter 5 ist mit einem Regelventil 7 versehen, durch das, ggf. über wenigstens eine angeschlossene Leitung, Druckluft aus dem Überdruckbehälter 5 in den Raum 1 strömen kann. Der Unterdruckbehälter 6 ist mit einem Regelventil 8 versehen, durch das, ggf. über wenigstens eine angeschlossene Leitung, Luft aus dem Raum 1 in den Unterdruckbehälter 6 strömen kann. Die Geschwindigkeit, mit der die Regelventile 7, 8 von der Luft durchströmt werden, kann durch Steuerung der Öffnungsquerschnitte der Regelventile 7, 8 eingestellt werden, vorzugsweise mit Hilfe elektrischer Steuersignale, die einem elektrischen oder elektromagnetischen Stellorgan der Regelventile 7, 8 zugeführt werden.
Weiterhin ist der Überdruckbehälter 5 über eine Leitung 9 mit einer an die äußere Umgebung führenden, in der Fahrzeugwand 2 ausgebildeten Öffnung verbunden, die mit einer Klappe 10 od. dgl. druckdicht verschlossen werden kann. In der Leitung 9 befindet sich ein Ventilator oder Kompressor 11, mit dem der Druckbehälter 5 bei geöffneter Klappe 10 bis zum Erreichen eines vorgewählten Überdrucks mit Druckluft gefüllt werden kann. Der Unterdruckbehälter 6 ist über eine Leitung 12 mit einer an die äußere Umgebung führenden, in der Fahrzeugwand 2 ausgebildeten Öffnung verbunden, die mit einer Klappe 14 od. dgl. druckdicht verschlossen werden kann. In der Leitung 12 befindet sich eine Pumpe 15, mit welcher der Unterdruckbehälter 6 bei geöffneter Klappe 14 bis zum Erreichen eines vorgewählten Unterdrucks evakuiert werden kann.
Schließlich enthält die aus Fig. 1 ersichtliche Vorrichtung einen Regler 16, der mit den beiden Sensoren 3, 4 und den beiden Regelventilen 7, 8 verbunden ist und diese in Abhängigkeit von den ermittelten Innen bzw. Außendrücken so steuert, dass entweder mittels des Überdruckbehälters 5 gezielt eine zusätzliche Luftmenge in den Raum 1 eingeführt oder mittels des Unterdruckbehälters 6 gezielt eine überschüssige Luftmenge aus dem Raum 1 abgezogen wird. Insgesamt arbeitet die Vorrichtung nach Fig. 1 daher im Wesentlichen wie folgt:
Melden die Sensoren 3 und 4, dass der Außendruck kleiner als der Innendruck ist und/oder sich der Innendruck unzulässig schnell verrringert, wird das Regelventil 7 geöffnet und Luft aus dem Überdruckbehälter 5 in den Raum 1 eingelassen. Dadurch werden insbesondere solche schnellen Änderungen des Innendrucks im Raum 1, die zu einem kleiner werdenden Innendruck führen würden, durch die geregelte Zufuhr von Luft zumindest teilweise kompensiert, wobei durch ein mehr oder weniger weites Öffnen des Regelventils 7 bei Bedarf auch sehr schnell auf Schwankungen des Außendrucks reagiert werden kann. In entsprechender Weise wird, wenn die Sensoren 3 und 4 melden, dass der Außendruck größer als der Innendruck ist und/oder sich der Innendruck unzulässig schnell erhöht, das Regelventil 8 mehr oder weniger weit geöffnet, um dadurch Luft aus dem Raum 1 in den Unterdruckbehälter 6 entweichen zu lassen und dadurch einen Druckanstieg im Raum 1 zumindest teilweise zu kompensieren. Dadurch kann auch sehr schnell auf eine Erhöhung des Außendrucks reagiert werden.
Bei normaler Regelung werden die Regelventile 7, 8 in Abhängigkeit vom einmal festgelegten Regelverhalten der Vorrichtung stets in gleicher Weise auf Differenzen zwischen dem Außen- und Innendruck reagieren, um diese Differenzen möglichst klein zu halten. Erfindungsgemäß wird es jedoch als besonders vorteilhaft angesehen, die Regelung so vorzunehmen, dass die Änderungsgeschwindigkeit des Innendrucks zumindest auf einen solchen Wert begrenzt wird, der mit der Verträglichkeitsgrenze der Passagiere vereinbar ist. Dadurch wird ein abrupter Druckausgleich entsprechend den möglichen schnellen Schwankungen des Außendrucks vermieden und sichergestellt, dass kein unangenehmer Druck auf die Ohren der Passagiere wirken kann. Dies gilt insbesondere für kurzzeitige, nur wenige Sekunden dauernde Druckschwankungen, die mit großen, trägen Ventilatoren, Pumpen od. dgl. nicht kompensiert werden könnten.
Nach Abschluss des gewünschten Druckausgleichs werden die Regelventile 7, 8 geschlossen, die Klappen 10, 14 geöffnet und die Druckbehälter 5, 6 mit Hilfe der Ventilatoren 11 und Pumpen 15 bis zum Erreichen eines vorgewählten Über- bzw. Unterdrucks wieder mit Luft gefüllt bzw. evakuiert. Anschließend können die Klappen 10, 14 erneut geschlossen werden. Da ein Regelvorgang normalerweise nur in vergleichsweise großen zeitlichen Abständen erfolgen muss, z. B. bei aufeinander folgenden Tunneldurchfahrten, können die Ventilatoren 11 und Pumpen 15 vergleichsweise klein dimensioniert werden. Außerdem brauchen die Klappen 10, 14 nur elektrisch oder mit anderen Mitteln in je eine Offen- und Schließstellung bringbar sein, d. h. eine Regelung ihres jeweiligen Öffnungsquerschnitts ist nicht erforderlich.
Der Regler 16 bildet zusammen mit den Sensoren 3 und 4, den Regelventilen 7 und 8 sowie den Behältern 5 und 6 eine erfindungsgemäße Regeleinrichtung und kann nach Fig. 1 im Prinzip beliebig ausgebildet sein, d. h. insbesondere elektronisch, pneumatisch oder sonstwie betrieben werden. Bei elektronischem Betrieb ist der Regler 16 beispielsweise entsprechend Fig. 2 ausgebildet. Danach enthält er eine mit den Sensoren 3, 4 verbundene Steuereinrichtung 18, der außer den Sensorsignalen auch andere Informationen wie z. B. solche zugeführt werden können, die die Fahrtgeschwindigkeit, die Position des Fahrzeugs, das Streckenprofil (z. B. Gefälle- oder Steigungsabschnitte im Fahrweg) od. dgl. angeben. Anhand dieser Informationen wird in der Steuereinrichtung 18 eine günstige, vorzugsweise vorher anhand des bekannten Streckenverlaufs berechnete Sollwertkurve generiert und an einem Ausgang 19 der Steuereinrichtung 18 abgegeben. Die Regelung erfolgt daher hier nicht anhand eines festen, sondern anhand eines zeitlich variablen Sollwerts. Die Sollwertkurve wird mittels eines Vergleichers 20, dem auch die Ausgangssignale des Sensors 3 zugeführt werden, ständig mit dem jeweiligen Istwert des Innendrucks verglichen. Die Differenz beider Werte wird einem Regelbaustein 21 zugeführt, der je nach Fall an einem mit dem Regelventil 7 verbundenen Ausgang 22 oder an einem mit dem Regelventil 8 verbundenen Ausgang 23 ein Stellsignal abgibt. Mit Hilfe dieser Stellsignale werden die Regelventile 7, 8 so eingestellt, dass der gewünschte Druckausgleich erhalten wird. Mit besonderem Vorteil sind die Sollwerte am Ausgang 19 somit zeitlich veränderliche Führungsgrößen, die sicherstellen, dass die Regelventile 7, 8 zu jedem Zeitpunkt so weit geöffnet sind, wie es zur Erzielung einer vorgewählten Druckänderungsgeschwindigkeit im Raum 1 erwünscht ist. Das bedeutet beispielsweise, dass bei einer schnellen Abnahme des Außendrucks das Regelventil 7 zunächst weit geöffnet wird, um aufgrund einer großen zugeführten Luftmenge den Innendruck nur langsam abnehmen zu lassen. Im Anschluss daran kann das Regelventil 7 dann meistens immer mehr geschlossen werden, weil die Differenz zwischen dem Außendruck und dem Innendruck und damit auch der Bedarf an zugeführter Luft bis zum Erreichen des minimalen, dem reduzierten Außendruck entsprechenden Innendrucks immer kleiner wird. Insbesondere wird die zeitlich veränderliche Solldruckkurve vorzugsweise so gewählt, dass unter allen Umständen etwa vorgegebene Komfortkriterien (z. B. UIC 660) eingehalten werden.
Wird im Hinblick auf die Dimensionierung des Überdruckberhälters 5 beispielsweise von einem Volumen des Raums 1 von 150 m³ ausgegangen, dann würde eine Druckabnahme im Raum 1 von 1000 Pa/10s, wie sie nach UIC 660 gerade noch zulässig ist, rechnerisch einem Luftmassenstrom von ca. 0,15 kg/s entsprechen, wenn ein adiabatischer Ausströmvorgang aus dem Druckbehälter 5 angenommen wird. Soll dieser Luftmassenstrom vollständig aus dem Druckbehälter 5 ausgeglichen werden, muss der das Regelventil 7 durchströmen. Ist der Druckbehälter 5 beispielsweise mit einem Überdruck von 2 bar = 2 • 10⁵ Pa mit Luft gefüllt, dann entspricht das einem Luftvolumenstrom von ca. 0,06 m³/s. Dabei kühlt sich die ausströmende Luft zwar um ca. 50 °C gegenüber der Temperatur im Druckbehälter 5 ab, doch ergibt sich der Vorteil, dass die Luft sehr schnell in den Raum einströmt und daher auch bei Druckänderungen wirksam werden kann, die sich nur über eine Sekunde oder wenig mehr erstrecken. Entsprechende Berechnungen lassen sich für den Fall anstellen, dass der Unterdruckbehälter 6 zum schnellen Ausgleich von Druckspitzen benötigt wird. Außerdem zeigen die Berechnungen, dass unter den gegebenen Umständen das Volu- men der Druckbehälter 5, 6 in der Regel nicht größer sein muss, als z. B. einem Prozent des Volumens des Raums 1 entspricht.
Die Vorrichtung nach Fig. 1 ermöglicht zu jedem Zeitpunkt eine aktive Regelung des Innendrucks im Raum 1 gegenüber sowohl erhöhten als auch reduzierten Außendrücken. Dagegen kann es auch Fälle geben, die nur zu einer Erhöhung oder nur zu einer Erniedrigung des Innendrucks führen. In solchen Fällen kann entweder auf den Überdruckbehälter 5 oder auf den Unterdruckbehälter 6 und die zugehörigen Bauelemente verzichtet werden. Ein solcher Fall kann sich z. B. ergeben, wenn der Raum 1 sehr gut abgedichtet ist und daher z. B. eine Verminderung des Außendrucks infolge einer Tunneldurchfahrt nur zu einer geringen und insbesondere zulässigen Druckänderungsgeschwindigkeit im Raum 1 führt. Muss jedoch das Fahrzeug und mit ihm der gut abgedichtete Raum 1, nachdem sich in diesem der reduzierte Innendruck ausgebildet hat, in einem unmittelbar hinter dem Tunnel befindlichen Bahnhof oder auch in einem im Tunnel 1 eingerichteten, auf normalem Außendruck befindlichen Bahnhof angehalten werden, dann ist, wenn keine besonderen Maßnahmen getroffen werden, entsprechend auch nur ein allmählicher Anstieg auf den höheren Außendruck möglich. Das kann zur Folge haben, dass die Fahrzeugtüren, um die Passagiere vor einem Druckschock zu bewahren, noch eine erhebliche Zeitlang (z. B. 30 s) geschlossen bleiben müssen, bis der Druckausgleich hergestellt ist.
Erfindungsgemäß kann der Druckausgleich in einem solchen Fall außer mit Hilfe der Vorrichtung nach Fig. 1 auch mit Hilfe einer Vorrichtung nach Fig. 3, in der gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 versehen sind, beschleunigt werden. Im Unterschied zu Fig. 1 weist die Fahrzeugwand 2 hier lediglich eine an die äußere Umgebung führende Öffnung 25 auf, die mit einem Regelventil 26 mehr oder weniger weit geöffnet werden kann. Zur Regelung der Stellung des Regelventils 26 kann eine Regeleinrichtung entsprechend Fig. 1 und 2 verwendet werden.
Bei Anwendung der Vorrichtung nach Fig. 3 melden die Sensoren 3 und 4 am Tunnelende oder in einem unterirdischen Bahnhof eine vergleichsweise große Druckdifferenz. Infolgedessen öffnet der Regler 16 das Regelventil 26 derart, dass ein Druckausgleich zwischen außen und innen zwar unter Einhaltung der UIC-Kriterien oder anderer Vorschriften, aber dennoch mit einer Druckänderungsgeschwindigkeit erfolgt, die wesentlich größer ist, als sich ergeben würde, wenn der als dicht angenommene Raum 1 sich selbst überlassen würde. Auf diese Art kann die Wartezeit bis zum Öffnen der Fahrzeugtüren wesentlich und z. B. bis auf wenige Sekunden reduziert werden, was von den Passagieren kaum wahrgenommen wird.
Fig. 4 bis 6 zeigen beispielhaft einige mögliche Druckverläufe, wobei jeweils längs der Abszisse die Zeit und längs der Ordinate der Druck in willkürlichen Einheiten abgetragen ist. Außerdem gibt pN den normalen Außendruck in der äußeren Umgebung an, der z. B. auf einer freien, von einem Zug durchfahrenen Strecke herrscht.
In Fig. 4 ist angenommen, dass sich ein Zug mit einem den Raum 1 nach Fig. 1 aufweisenden Wagenkasten längs einer vorgegebenen Strecke bewegt und zu einem Zeitpunkt t1 in einen Tunnel A einführt. Ferner sei angenommen, dass der Außendruck dadurch längs einer gestrichelten Linie 28 abrupt auf einen vergleichsweise niedrigen Wert p1 abfällt, der z. B. um 3000 Pa niedriger als der Druck pN ist, während der Tunneldurchfahrt diesen Wert p1 beibehält und nach dem Verlassen des Tunnels zu einem Zeitpunkt t2 abrupt wieder auf den Wert pN ansteigt. Weiter sei angenommen, dass der Zug zu einem Zeitpunkt t3 in einen zweiten Tunnel B einfährt, in welchem ein Bahnhof vorgesehen ist, in dem der Zug zu einem Zeitpunkt t4 zum Stillstand kommt. In diesem Tunnel B sinkt der Außendruck zunächst längs einer gestrichelt dargestellten Kurve 29 z. B. nur auf einen Wert p2 ab, um beim Stillstand des Zugs zu einem Zeitpunkt t4 wieder den Normaldruck pN anzunehmen.
Weiterhin ist in Fig. 4 beispielhaft längs strichpunktierter Kurven 30 und 31 der Verlauf des Innendrucks in einem nur schlecht abgedichteten Raum 1 des Zugs dargestellt. Wie die Kurven 30, 31 zeigen, folgt der Innendruck den Kurven 28 und 29 vergleichsweise schnell, d. h. es findet automatisch und ohne große Verzögerung ein Druckausgleich statt. Dadurch hat der Innendruck zum Zeitpunkt t2 bereits den minimalen Außendruck p1 erreicht, während kurz nach dem Verlassen des Tunnels A zu einem Zeitpunkt t5 der Innendruck wieder dem normalen Außendruck pN entspricht. Die gezeigten Druckänderungen seien hier einerseits so schnell, dass sie für die Passagiere unangenehm sind. Andererseits habe aber die Undichtigkeit des Raums 1 auch zur Folge, dass der Innendruck nach dem Stop des Zugs im Bahnhof B zum Zeitpunkt t4 vergleichsweise schnell wieder auf den Normaldruck pN ansteigt und diesen etwa zu einem Zeitpunkt t6 erreicht, so dass die Fahrzeugtüren zum Zeitpunkt t6 problemlos geöffnet werden können.
In Fig. 4 ist schließlich beispielhaft längs punktiert dargestellter Kurven 32 und 33 der Verlauf des Innendrucks in einem Raum 1 dargestellt, der vergleichsweise gut abgedichtet ist. Als Folge dessen wird während der Durchfahrt durch den Tunnel A nur ein vergleichsweise langsamer Abfall des Innendrucks bis zu einem Wert p3 und nach dem Verlassen des Tunnels A ein vergleichsweise langsamer Anstieg des Innendrucks bis zum Wert pN beobachtet. Entsprechendes gilt für die Fahrt durch den zweiten Tunnel B ab dem Zeitpunkt t3. Die hohe Dichtigkeit des Raums 1 hat hier allerdings zur Folge, dass der Innendruck nach dem Stillstand des Zugs zum Zeitpunkt t4 noch eine vergleichsweise große Zeitlang unter dem normalen Außendruck pN bleibt, wie die punktierte Kurve 33 zeigt, und diesen erst nach einem Zeitpunkt t7 erreicht. Daher dürfen die Fahrzeugtüren in diesem Fall weder zum Zeitpunkt t4 noch zum Zeitpunkt t6 geöffnet werden, da zu diesen Zeitpunkten für die Passagiere die Gefahr eines Druckschocks besteht. Es muss vielmehr abgewartet werden, bis sich der Innendruck etwa zum Zeitpunkt t7 dem Außendruck pN ausreichend angenähert hat.
Fig. 5 zeigt die Druckverläufe bei Anwendung der anhand der Fig. 1 beschriebenen, erfindungsgemäßen Innendruckregelung für einen vergleichsweise schlecht abgedichteten Raum 1. Für den Außendruck und den sich selbsttätig einstellenden Innendruck werden dieselben Verhältnisse wie in Fig. 4 angenommen (Kurven 28, 29 und 30, 31). Setzt jedoch erfindungsgemäß bei der Einfahrt in den Tunnel A die beschriebene Regelung ein, sobald der Außendruck ausreichend kleiner als der Innendruck ist, dann wird dadurch zunächst das Regelventil 7 geöffnet und Luft so schnell aus dem Druckbehälter 5 in den Raum 1 eingelassen, dass der Innendruck nur allmählich längs einer durchgezogenen Kurve 34 in Fig. 5 bis auf einen Wert p4 absinkt. Vorzugsweise erfolgt die Regelung, wie oben beschrieben ist, in diesem Bereich so, dass die durch die Steigung der Kurve 34 gegebene Druckänderungsgeschwindigkeit an keiner Stelle die Verträglichkeitsgrenzen für die Passagiere übersteigt. Nach dem Verlassen des Tunnels A kann durch Schließen des Regelventils 7 und Öffnen des Regelventils 8 erreicht werden, dass zeitweise Luft aus dem Raum 1 in den Unterdruckbehälter 6 abströmt und dadurch ein abrupter Anstieg des Innendrucks auf den Wert pN vermieden wird. Auch für diesen Fall wird die Regelung zweckmäßig unter Beachtung der Komfortgrenzen durchgeführt.
Im Bereich des Tunnels B können ähnliche Druckverläufe realisiert werden, wie eine durchgezogene Kurve 35 in Fig. 5 zeigt.
Fig. 6 zeigt schließlich den Einfluss einer Vorrichtung nach Fig. 3 auf den Druckverlauf in einem gut abgedichteten Raum 1, wobei sich im Bereich des Tunnels A dieselben Verhältnisse wie in Fig. 4 ergeben (Kurven 28, 29 und 32, 33). Da hier im Bereich des Tunnels A die Komfortgrenze nicht überschritten wird, ist eine Innendruckregelung nicht erforderlich.
Dagegen ist für diesen Fall eine Innendruckregelung im Tunnel B unter Anwendung der Vorrichtung nach Fig. 3 zweckmäßig. Wie die Kurve 33 zeigt, sind bis etwa zum Zeitpunkt t4 keine besonderen Maßnahmen erforderlich. Zum Zeitpunkt t4 ist jedoch der Innendruck mit einem Wert p5 noch erheblich kleiner als der Außendruck pN im Bahnhof B und beim Stillstand des Fahrzeugs. Daher wird erfindungsgemäß jetzt das Regelventil 26 in Fig. 3 geöffnet, wodurch über die Öffnung 25 in der Fahrzeugwand 2 ein schnellerer Druckausgleich erfolgen kann. Erfindungsgemäß wird die Regelung zwar auch in diesem Fall zu einer derartigen Steuerung des Öffnungszustands des Regelventils 26 verwendet, dass die Druckänderungsgeschwindigkeit nicht die Komfortgrenze überschreitet, sondern der Anstieg des Innendrucks z. B. längs einer durchgezogenen Kurve 36 in Fig. 6 erfolgt. Die Druckänderungsgeschwindigkeit wird in diesem Fall jedoch so gewählt, dass der erforderliche Druckausgleich etwa zu einem Zeitpunkt t8 abgeschlossen ist, der dem Zeitpunkt t4 (Stop des Fahrzeugs im Bahnhof B) wesentlich näher als der Zeitpunkt t7 liegt. Daher können die Fahrzeugtüren bereits zum Zeitpunkt t8 geöffnet werden, ohne dass sich für die Passagiere ein unangenehmer Druck auf die Ohren ergibt.
Wie Fig. 4 bis 6 erkennen lassen, bestehen zwischen den Tunneln A und B normalerweise vergleichsweise große Abstände. Diese ermöglichen es, die Druckbehälter 5 und 6 zwischen zwei Regelvorgängen allmählich wieder mit Druckluft zu laden bzw. auf den gewünschten Unterdruck zu evakuieren. Weiter ist ersichtlich, dass insbesondere die Regeleinrichtung nach Fig. 1 auch in Fällen anwendbar ist, in denen im Raum 1 kurzzeitige bzw. geringfügige Lecks vorhanden sind. Außerdem kann bei Anwendung der Vorrichtung nach Fig. 1 in gewissen Grenzen eine allmähliche Abnahme der Druckdichtigkeit der Fahrzeuge toleriert werden, wie sie sich beispielsweise über die Lebensdauer der Fahrzeuge hinweg ergeben kann.
Die erfindungsgemäßen Verfahren und Vorrichtungen können nicht nur auf geschlossene Räume von Fahrzeugen angewendet werden. Ähnliche Probleme können sich auch in Verbindung mit stationären Räumen wie z. B. in Verbindung mit Labors ergeben, die für biologische oder chemische Zwecke genutzt werden. Hierbei besteht zwar in der Regel nicht die Forderung, dass solche schnellen Druckänderungen vermieden werden müssen, die von den in den Labors tätigen Personen als unangenehm empfunden werden. Es muss jedoch häufig sichergestellt werden, dass das kurzzeitige Öffnen einer Tür oder eines Fensters unabhängig davon, ob eine Schleuse od. dgl. vorhanden ist, nicht dazu führt, dass Luft, die mit schädlichen Stoffen wie z. B. Bakterien oder Viren versetzt ist, aus einem solchen Raum nach außen entweicht oder umgekehrt von außen in den Raum eindringt. Mit Hilfe der Vorrichtung nach Fig. 1 wäre es möglich, auch im Falle des kurzzeitigen Öffnens einer Tür oder eines Fensters mit Hilfe eines Überdruck- oder Unterdruckbehälters dafür zu sorgen, dass eine vorgewählte Druckdifferenz zwischen dem Innendruck und dem Außendruck nicht unterschritten wird. Ein wesentlicher, durch die Erfindung erzielter Vorteil besteht auch in diesem Fall darin, dass keine überdimensionierten und daher aufwendigen Pumpen, Gebläse od. dgl. vorgesehen werden müssen, um nur für den kurzen Augenblick des Öffnens einer Tür od. dgl. mit Sicherheit einen vorgewählten Über- oder Unterdruck in dem Raum aufrechterhalten zu können. Wie im Fall des Raums 1 in einem Fahrzeug ergibt sich außerdem der Vorteil, dass die Druckbehälter 5, 6 sehr schnell wirksam gemacht werden können und keine längeren Anlaufzeiten wie bei einer Pumpe od. dgl. benötigen.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, die auf vielfache Weise abgewandelt werden können. Dies gilt insbesondere für die Größe und die Zahl der pro Raum 1 vorgesehenen Druckbehälter 5 und 6. Insbesondere bei größeren Räumen kann es zweckmäßig sein, mehrere Behälter 5 und/oder 6 vorzusehen, um die Luft an verschiedenen Stellen einzulassen oder abzusaugen. Weiter ist es möglich, für die in den Wänden des Raums vorgesehenen, an die äußere Umgebung führenden Öffnungen (z. B. 25 in Fig. 3) diejenigen Öffnungen zu verwenden, die bei Räumen mit Klimaanlagen ohnehin bereits vorhanden sind, und diese Öffnungen ggf. mit Regelventilen zu versehen. Außerdem ist es zweckmäßig, während derjenigen Zeiten, in denen die beschriebene Regeleinrichtung arbeitet, etwa vorhandene andere Öffnungen zu verschließen. Weiter ist klar, dass je nach Fall nur ein Innendrucksensor 3 benötigt wird, wenn auch die zusätzliche Anwendung eines Außendrucksensors 4 in vielen Fällen zweckmäßig ist, z. B. bei den beschriebenen Stops in unterirdischen Bahnhöfen. Fahrzeuge, die ständig auf derselben Strecke verkehren, können ferner mit speziell an diese Strecke angepassten und ggf. anhand von Erfahrungswerten berechneten Solldruckkurven für die Regeleinrichtung versehen werden. Außerdem kann die aus den Sensoren 3 (und ggf. 4), den Regelventilen 7, 8 oder 26 und den Behältern 5, 6 sowie den Reglern 16 bestehende Regeleinrichtung in Prinzip auf viele verschiedene Weise hard- und/oder softwaremäßig realisiert werden. Schließlich versteht sich, dass die verschiedenen Merkmale auch in anderen als den beschriebenen und dargestellten Kombinationen angewendet Werden können, jedoch im Rahmen der beigefügten Ansprüchen.

Claims

Verfahren zur Vermeidung von schnellen, durch eine äußere Umgebung induzierten Änderungen des Luftdrucks in einem geschlossenen Raum (1), wobei zumindest der Innendruck in dem Raum (1) überwacht und schnelle Änderungen des Innendrucks durch geregelte Zufuhr oder Abfuhr von Luft zumindest teilweise kompensiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr oder Abfuhr der Luft mit Hilfe von wenigstens je einem Über- oder Unterdruckbehälter (5, 6) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr oder Abfuhr der Luft so geregelt wird, dass in dem Raum (1) eine vorgewählte Druckänderungsgeschwindigkeit erhalten wird,
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung unter Anwendung einer vorgewählten Solldruckkurve für den Innendruck vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung unter Beachtung vorgegebener Komfortkriterien erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr von Luft mit Hilfe von wenigstens einem, zur äußeren Umgebung führenden Regelventil (7, 8,26) erfolgt.
Vorrichtung zur Vermeidung von schnellen, durch eine äußere Umgebung induzierten Änderungen des Luftdrucks in einem geschlossenen Raum (1), welche wenigstens einen in dem Raum (1) anzuordnenden Drucksensor (3), ein Mittel zur Zufuhr oder Abfuhr von Luft und eine den Drucksensor (3) und das Mittel enthaltende Regeleinrichtung zur zumindest teilweisen Kompensation der schnellen DruckÄnderungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel einen mit einem Regelventil (7, 8) versehenen Überdruck- und/oder Unterdruckbehälter (5, 6) für Luft enthält und die Regeleinrichtung zur Regelung der Stellung des Regelventils (7, 8) eingerichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel wenigstens ein zur äußeren Umgebung führendes Regelventil (26) aufweist und die Regeleinrichtung zur Regelung der Stellung des Regelventils (26) eingerichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung einen Drucksensor (4) zur Ermittlung des Luftdrucks in der äußeren Umgebung aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Regeleinrichtung eine zeitlich veränderliche, an eine vorgewählte Solldruckkurve angepasste Führungsgröße als Sollwert (19) vorgegeben ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Solldruckkurve unter Beachtung vorgegebener Komfortkriterien ausgebildet ist.
Spurgebundenes Fahrzeug, insbesondere Magnetschwebe fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass zur Regelung der Druckänderungsgeschwindigkeit eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10 im Fahrzeug eingerichtet ist.
Spurgebundenes Fahrzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Regelung der Druckänderungsgeschwindigkeit in einem gut abgedichteten Raum (1) des Fahrzeugs mit wenigstens einem, zur äußeren Umgebung führenden Regelventil (26) versehen ist.