EP2934982A1 - Klimatisierungsanordnung für ein schienenfahrzeug - Google Patents

Klimatisierungsanordnung für ein schienenfahrzeug

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EP2934982A1
EP2934982A1 EP14702602.5A EP14702602A EP2934982A1 EP 2934982 A1 EP2934982 A1 EP 2934982A1 EP 14702602 A EP14702602 A EP 14702602A EP 2934982 A1 EP2934982 A1 EP 2934982A1
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EP
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ratio
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Alexander Hildebrandt
Timothy Ruiter
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Siemens Mobility GmbH
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    • B61D27/00—Heating, cooling, ventilating, or air-conditioning
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B61D—BODY DETAILS OR KINDS OF RAILWAY VEHICLES
    • B61D27/00—Heating, cooling, ventilating, or air-conditioning

Definitions

  • the Luftverteilbox can not take over their air distribution function for a variety of different rail vehicles and thus also different air duct arrangements. Therefore, in known air duct arrangements, depending on the railcar configuration at the air distribution box, adjustment is made by throttling at the air outlets. A setting made is then checked by tests, for example in a climatic chamber, until the appropriate setting for the present rail vehicle version is found. Nonlinear properties of the typically complex air duct arrangement lead to a high number of test steps.
  • the invention has the object, an air conditioning arrangement of the type mentioned in such a way that finding the appropriate setting for throttling at the air outlets of
  • Air distribution box is reduced in terms of their effort.
  • one of the perforated plates 7, 8 be 30mm thick, have holes with a diameter of 20mm and a free cross-section of about 35%.
  • Such a perforated plate has a pressure loss coefficient of about 7.5. This value ensures that the pressure loss coefficient of the orifice plate 7, 8 we ⁇ niks twice the typical pressure loss at the air outlets 5, 6 attached air channel systems of shift ⁇ nenEnglishen correspond.
  • the pressure drop coefficients are the pressure drop coefficients.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Air-Conditioning For Vehicles (AREA)
  • Duct Arrangements (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Klimatisierungsanordnung für ein Schienenfahrzeug, mit einer Luftverteilbox (1), die einen Lufteinlass (2) und wenigstens zwei Luftauslässe (5, 6) zum Anschluss an weiterführende Luftkanäle aufweist, wobei jedem Luftauslass (5, 6) eine Drosseleinrichtung (7, 8) zugeordnet ist, die zwischen dem Luftauslass (5, 6) und einem Luftauf- teilungsraum (4) innerhalb der Luftverteilbox (1), in dem der von dem Lufteinlass (2) kommende Luftstrom auf wenigstens zwei Teil-Luftströme aufgeteilt wird, angeordnet ist, wobei Druckverlustbeiwerte der wenigstens zwei Drosseleinrichtungen (7, 8) derart gewählt sind, dass sich für ein Verhältnis von Luftvolumenströmen an den wenigstens zwei Luftauslässen (5, 6) ein vorgegebener Wert ergibt.

Description

Beschreibung
Klimatisierungsanordnung für ein Schienenfahrzeug
Die Erfindung bezieht sich auf eine Klimatisierungsanordnung für ein Schienenfahrzeug, mit einer Luftverteilbox, die einen Lufteinlass und wenigstens zwei Luftauslässe zum Anschluss an weiterführende Luftkanäle aufweist. Luftverteilboxen und an- dere Komponenten mit Luverteileigenschaften, wie Schalldämpfer, werden in Schienenfahrzeugen benutzt, um verschiedene Teile des Luftkanalsystems mit den benötigten Luftmengen zu versorgen. Luftverteilboxen stellen dabei regelmäßig die Schnittstelle zu einem Klimagerät, insbesondere Kompaktklima- gerät, dar, das der Luftverteilbox über den Lufteinlass auf¬ bereitete Luft zuführt.
Die Luftverteilbox kann ihre Luftverteilfunktion allerdings nicht für eine Vielfalt unterschiedlicher Schienenfahrzeuge und damit auch verschiedene Luftkanalanordnungen übernehmen. Daher wird bei bekannten Luftkanalanordnungen je nach Schienenfahrzeugwagenkonfiguration an der Luftverteilbox eine Einstellung durch Drosselung an den Luftauslässen vorgenommen. Eine vorgenommene Einstellung wird dann durch Versuche bei- spielsweise in einer Klimakammer überprüft, bis die geeignete Einstellung für die vorliegende Schienenfahrzeugausführung gefunden ist. Dabei führen nichtlineare Eigenschaften der typischerweise komplexen Luftkanalanordnung zu einer hohen Anzahl an Versuchsschritten.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Klimatisierungsanordnung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass das Auffinden der geeigneten Einstellung für die Drosselung an den Luftauslässen der
Luftverteilbox hinsichtlich ihres Aufwands vermindert wird.
Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Klimatisie¬ rungsanordnung dadurch gelöst, dass jedem Luftauslass eine Drosseleinrichtung zugeordnet ist, die zwischen dem Luftaus- lass und einem Luftaufteilungsraum innerhalb der
Luftverteilbox, in dem der von dem Lufteinlass kommende Luft¬ strom auf wenigstens zwei Teil-Luftströme aufgeteilt wird, angeordnet ist, wobei Druckverlustbeiwerte der wenigstens zwei Drosseleinrichtungen derart gewählt sind, dass sich für ein Verhältnis von Luftvolumenströmen an den wenigstens zwei Luftauslässen ein vorgegebener Wert ergibt.
Der Einsatz der den jeweiligen Luftauslässen zugeordneten Drosseleinrichtungen ermöglicht es, für das Verhältnis der Luftvolumenströme an den Luftauslässen eine Grobeinstellung vorzunehmen, so dass bei ein- und derselben Luftverteilbox, eingesetzt in verschiedenen Schienenfahrzeugen mit verschiedenen Luftkanalanordnungen lediglich noch Feinj ustierungen für Drosselungen stromabwärts der Luftauslässe erforderlich sind. Dies vermindert den Aufwand hinsichtlich der Einstel¬ lung der Luftkanalanordnung, um gewünschte Luftvolumenströme in den weiterführenden Luftkanälen zu erhalten.
Die Druckverlustbeiwerte der wenigstens zwei Drosseleinrich¬ tungen stehen typischer Weise in einem Verhältnis zueinander, das einem quadratischen Verhältnis von Luftströmungsgeschwindigkeiten im Bereich der wenigstens zwei Luftauslässe ent¬ spricht. In dieser Weise lassen sich die erforderlichen
Druckverlustbeiwerte anhand der jeweils an den Luftauslässen gewünschten Strömungsgeschwindigkeiten ableiten.
Die Druckverlustbeiwerte der wenigstens zwei Drosseleinrich- tungen können derart gewählt sein, dass ein jeweils an den
Drosseleinrichtungen auftretender Druckverlust wenigstens dem Doppelten des Druckverlustes eines an den Luftauslass ange¬ schlossenen Luftkanalsystems entspricht. Dieser Druckverlust an den Drosseleinrichtungen kann auch einem Vielfachen des Druckverlusts des an den Luftauslass angeschlossenen Luftka¬ nalsystems entsprechen. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dass die Drosseleinrichtungen nichtlineare Eigenschaften der Luftvolumenströme verringern und somit auch unvorhersehbare Effekte für die Feineinstellung der Luftvolumenströme an den Luftauslassen .
Beispielsweise können die Luftdruckverlustbeiwerte der we- nigstens zwei Drosseleinrichtungen jeweils größer als 7 sein. Dieser Wert gewährleistet, dass der Druckverlust an der be¬ treffenden Drosseleinrichtung im Regelfall bei Schienenfahrzeugen größer ist als der Druckverlust weiterführender Luftkanäle .
Die wenigstens zwei Drosseleinrichtungen können bevorzugt je¬ weils von einer Lochplatte gebildet sein. Dabei können die Lochplatten ein Verhältnis von Plattenstärke zu Lochdurchmes¬ ser von mehr als 1,5 aufweisen. Dies hat den Vorteil, dass die Lochplatten die Wirkung eines Gleichrichters entfalten, so dass die Einwirkung nicht linearer Eigenschaften der Luftströmungen weiter vermindert wird. Auch werden ungünstige Effekte von Ablösungen an Heiz-/Kühlklappen, mit denen
Luftverteilboxen regelmäßig ausgestattet sind, durch die Gleichrichterfunktion der Lochplatten wirksam verringert.
Zwischen dem Lufteinlass und dem Luftaufteilungsraum kann eine Schalldämpfeinrichtung vorgesehen sein. Solche Schalldämpfeinrichtungen sind idealerweise derart ausgelegt, dass Verwirbelungen der Luftströmung vermindert werden. Bevorzugt kann dabei die Schalldämpfeinrichtung derart ausgebildet sein, dass ein von dem Lufteinlass kommender Luftstrom auf mehrere, nebeneinander angeordnete Strömungsstrecken verteilt und hinter der Schalldämpfeinrichtung wieder zusammengeführt wird. Hieraus ergibt sich eine Luftverteilfunktion der
Schalldämpfeinrichtung, die, wie oben erläutert, für eine spätere Feineinstellung der Luftkanalanordnung im Schienenfahrzeug vorteilhaft ist. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen noch näher erläutert. Es zei¬ gen : Figur 1 eine Querschnittsansicht einer Luftverteilbox zum Anschluss an weiterführende Luftkanäle innerhalb eines Schienenfahrzeugs und
Figur 2 eine perspektivische Ansicht der Luftverteilbox von
Figur 1.
Wie in Figur 1 veranschaulicht ist, weist eine Luftverteilbox 1 einen Lufteinlass 2 auf, der typischer Weise an ein Klima- gerät eines Schienenfahrzeugs angeschlossen sein wird. Von dem Lufteinlass 2 aus, strömt in das Innere des Schienenfahr¬ zeugs zu transportierende Luft zunächst durch eine Schall¬ dämpfeinrichtung 3, die von im dargestellten Ausführungsbeispiel vier nebeneinander angeordneten, jeweils in einem ge- ringen Winkel zueinander stehenden Strömungsstrecken 4 gebildet ist. Nach Verlassen der Schalldämpfeinrichtung 3 gelangt die einströmende Luft in einen Luftaufteilungsraum 4 innerhalb der Luftverteilbox 1, in dem der von dem Lufteinlass 2 kommende Luftstrom auf zwei Teil-Luftströme aufgeteilt wird, wie es in Figur 1 durch Pfeile veranschaulicht ist.
Die Luftverteilbox 1 ist mit zwei Luftauslässen 5, 6 ausge¬ stattet, über die die jeweiligen Teil-Luftströme an weiter¬ führende Luftkanäle, die an die Auslässe 5, 6 angeschlossen sind, transportiert wird.
Dabei ist jedem der Luftauslässe 5, 6 eine als Lochplatte 7, 8 ausgebildete Drosseleinrichtung zugeordnet, wobei die je¬ weilige Lochplatte 7, 8 zwischen dem ihr zugeordneten Luft- auslass 5, 6 und dem Luftaufteilungsraum 4 angeordnet ist. Zwischen den Lochplatten 7, 8 und den zugeordneten Luftauslässen 5, 6 werden die Teil-Luftströme durch Kanalelemente 9, 10 geführt. Die Lochplatten, 7, 8 weisen Druckverlustbeiwerte auf, die derart bemessen sind, dass sich für ein Verhältnis von Luft¬ volumenströmen der beiden Teil-Luftströme an den Luftauslässen 5, 6 ein vorgegebener Wert ergibt. Dabei entspricht das Verhältnis der Druckverlustbeiwerte der Lochplatten 7, 8 dem quadratischen Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeiten im Bereich der Luftauslässe 5, 6. Die Lochplatten 7, 8 weisen ein Verhältnis von Plattenstärke zu Lochdurchmesser von größer 1,5 auf, so dass die Lochplat¬ ten 7, 8 zusätzliche Eigenschaften eines Gleichrichters ha¬ ben. ( Idelchik, Handbook of hydaulic resistance, Springer Verlag 1986, Seite 404, Diagramm 8-3)
Beispielsweise kann eine der Lochplatten 7, 8 30mm dick sein, Löcher mit einem Durchmesser von 20mm aufweisen sowie einen freien Querschnitt von ca. 35%. Eine solche Lochplatte hat einen Druckverlustbeiwert von ca. 7,5. Dieser Wert gewähr- leistet, dass der Druckverlustbeiwert der Lochplatte 7, 8 we¬ nigstens dem Doppelten des Druckverlusts typischer, an die Luftauslässe 5, 6 angeschlossener Luftkanalsysteme von Schie¬ nenfahrzeugen entspräche. Um die beabsichtigte Grobeinstel¬ lung für das Verhältnis der Luftvolumenströme an den Ausläs- sen 5, 6 einzustellen, sind die Druckverlustbeiwerte der
Lochplatten 7, 8 entsprechend zu wählen. Beispielsweise be¬ wirken die Druckverlustbeiwerte von 7,5 und 12,0 für die Lochplatten 7,8 in der gezeigten Klimatisierungsanordnung ein Luftvolumenstromverhältnis von 1:1,8. Andere Verhältnisse können durch geeignete Einstellung der Druckverlustbeiwerte der eingesetzten Lochplatten realisiert werden.
Die Lochplatten 7, 8 sind im Wesentlichen senkrecht zu den in ihrem Bereich herrschenden Luftströmungen angeordnet, so dass sie einen gewünschten Druckverlust bewirken, bevor die Teil- Luftströme die Luftteilbox an den Luftauslässen 5 und 6 ver¬ lassen .
Die durch die Lochplatten 7, 8 bewirkte Grobeinstellung der Volumenstromverteilung für verschiedene Konfigurationen von
Schienenfahrzeugwagen an der Luftverteilbox 1, verringert den Einstellaufwand an den einzelnen Wagen (Endwagen, Mittelwagen) , da nur noch eine Feineinstellung vorgenommen werden muss. Effekte der Feineinstellung werden durch die gleichrichtende Wirkung sowohl der Schalldämpfeinrichtung 3 als auch der Lochplatten 7, 8 durch Dämpfung der nichtlinearen Eigenschaften vermindert. Ein positiver Effekt der durch die Lochplatten 7, 8 bewirkten Grobeinstellung der Volumenstromverteilung kann darin bestehen, dass bislang erforderliche Luftleiteinrichtungen, wie Leitbleche und Umlenkungen, ggf. entfallen können.

Claims

Patentansprüche
1. Klimatisierungsanordnung für ein Schienenfahrzeug, mit einer Luftverteilbox (1), die einen Lufteinlass (2) und wenigs- tens zwei Luftauslässe (5, 6) zum Anschluss an weiterführende Luftkanäle aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
jedem Luftauslass (5, 6) eine Drosseleinrichtung (7, 8) zuge¬ ordnet ist, die zwischen dem Luftauslass (5, 6) und einem Luftaufteilungsraum (4) innerhalb der Luftverteilbox (1), in dem der von dem Lufteinlass (2) kommende Luftstrom auf we¬ nigstens zwei Teil-Luftströme aufgeteilt wird, angeordnet ist, wobei Druckverlustbeiwerte der wenigstens zwei Drossel¬ einrichtungen (7, 8) derart gewählt sind, dass sich für ein Verhältnis von Luftvolumenströmen an den wenigstens zwei Luftauslässen (5, 6) ein vorgegebener Wert ergibt.
2. Klimatisierungsanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Druckverlustbeiwerte der wenigstens zwei
Dosseieinrichtungen (7, 8) in einem Verhältnis zueinander stehen, das einem quadratischen Verhältnis von Luftströmungsgeschwindigkeiten im Bereich der wenigstens zwei Luftauslässe (5, 6) entspricht.
3. Klimatisierungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Druckverlustbeiwerte der wenigstens zwei Drosseleinrich¬ tungen (7, 8) derart gewählt sind, dass ein jeweils an den Drosseleinrichtungen (7, 8) auftretender Druckverlust wenigstens dem Doppelten des Druckverlustes eines an den Luftaus¬ lass (5, 6) angeschlossenen Luftkanalsystems entspricht.
4. Klimatisierungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass
die Druckverlustbeiwerte der wenigstens zwei Drosseleinrich¬ tungen (7, 8) jeweils größer als die des nachgelagerten Kanalsystems .
5. Luftkanalanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass
die wenigstens zwei Drosseleinrichtungen (7, 8) jeweils von einer Lochplatte gebildet sind.
6. Luftkanalanordnung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Lochplatten ein Verhältnis von Plattenstärke zu Loch- durchmesser von mehr als 1,5 aufweisen.
7. Luftkanalanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen dem Lufteinlass (2) und dem Luftaufteilungsraum (4) eine Schalldämpfeinrichtung (3) vorgesehen ist.
8. Luftkanalanordnung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schalldämpfeinrichtung (3) derart ausgebildet ist, dass ein von dem Lufteinlass (2) kommender Luftstrom auf mehrere, nebeneinander angeordnete Strömungsstrecken (4) verteilt und hinter der Schalldämpfeinrichtung (3) wieder zusammengeführt wird .
EP14702602.5A 2013-02-28 2014-02-04 Klimatisierungsanordnung für ein schienenfahrzeug Active EP2934982B1 (de)

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