WO2010026049A1 - Schienenfahrzeug mit umschaltung zwischen winter- und sommerbetrieb - Google Patents

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cooling
air
inlet opening
snow
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Thomas Baumann
Burkhard Halfmann
Rüdiger MANGLER
Arnd RÜTER
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61C—LOCOMOTIVES; MOTOR RAILCARS
    • B61C17/00—Arrangement or disposition of parts; Details or accessories not otherwise provided for; Use of control gear and control systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61C—LOCOMOTIVES; MOTOR RAILCARS
    • B61C3/00—Electric locomotives or railcars

Definitions

  • the invention relates to a rail vehicle with a cooling arrangement for components arranged in an underfloor area, such as e.g. a power supply block, a power converter, a transformer or a traction motor. These are cooled either directly or via an associated cooler, wherein the cooling arrangement has at least a first inlet opening for fresh air to be used as cooling air, which is arranged in the underfloor area, and at least one fan for guiding the cooling air in the direction of at least one of the components, and the cooling arrangement has at least one second inlet opening fluidly connected to the fan for fresh air to be used as cooling air, which is arranged above side skirts of the rail vehicle and connected to the underfloor area via an air duct.
  • a cooling arrangement for components arranged in an underfloor area, such as e.g. a power supply block, a power converter, a transformer or a traction motor.
  • first inlet openings those which are arranged in an underfloor region of the rail vehicle, while second inlet openings are always above the side skirts, for example in the roof area.
  • Such a rail vehicle is known for example from DE 10 2006 032 335 Al.
  • the rail vehicle described therein is designed to be switched between a winter and a summer operation.
  • the two mentioned inlet openings of which the first in the area of the side skirts are used for a summer operation, while the second inlet openings are assigned, for example in the roof area a winter operation.
  • winter operation is also provided that all inlet openings in the side skirt area remain closed.
  • Cooling air supply from the second inlet opening would have to be gripped back. This has the consequence that very large air ducts and support fans would be provided with increased power reserves.
  • the present invention seeks to further develop the aforementioned rail vehicle so that the climatic conditions in a transition temperature range between summer and winter can be better taken into account.
  • the at least one first inlet opening is equipped with a snow filter.
  • a snow filter has the property to add when exposed to snow. This means that in a snow-free time within the winter operation equipped with a snow filter first inlet openings continue to be used as a cooling air supply. Only when the temperatures or climatic conditions are generally such that the snow filters are added with snow, only the second inlet openings in the roof area are used. It makes use of the fact that the snow filters have the property of moving through the snow so that they close to a certain extent "automatically”.
  • the snow filter is disposed behind a skirt grid, i. at a location that allows clogging of the snow filter to safely close the inlet opening.
  • first inlet openings in the area of the side skirts are designed to be closable for winter operation and the at least one first inlet opening is assigned to a traction motor ventilator.
  • the other first inlet openings may for example be assigned to other underfloor electrical components which are also to be cooled. These all entry openings are closed during winter operation. Only the inlet opening for the traction motor or traction motors is then equipped with the snow filter.
  • snow filters are mounted, so that a plurality of first inlet openings is provided with snow filters.
  • An example of this would be the provision of a snow filter on the EVB in a battery cart.
  • the snow filter may be constructed from one or more porous filter layers. These filter layers are mounted behind the apron grilles of the floor pan in winter operation.
  • Figure 1 is a side view, partially in section, one
  • Railcar as an example of a rail vehicle
  • Figure 2 is a perspective view of a portion of a floor pan of the rail vehicle.
  • FIG. 1 The representation of a railcar 1 in Figure 1 shows an underfloor area 2, in which various electrical components are housed, which are to be cooled during operation.
  • Bogies 3 are equipped with associated traction motors 4, which are cooled by means of respective traction motor 5 fans.
  • a bottom of the multiple unit 1 is fluidly sealed by means of a bottom tray 6, so that above the
  • Floor pan 6 cooling air flows can be performed.
  • a further electrical unit 7 which may be a power supply block, a power converter or a transformer, more precisely, cooling units of the devices concerned.
  • the bottom tray 6 continues at its outer edges in side skirts 8 of the multiple unit 1.
  • first inlet grids 9 for fresh air to be used as cooling air are provided for the purpose of forming first inlet openings.
  • Fresh air entering via this inlet grille 9 is used by the traction motor fans 5, for example for cooling the traction motors 4.
  • the converter cooling system 10 which is provided within the floor pan 6 and in the longitudinal direction of the railcar 1 approximately in the middle, draws cooling air for cooling the
  • the traction motor fans 5 draw air for cooling the traction motors 4.
  • second inlet grates 11 for forming second inlet openings 11.
  • Fresh air flowing in via the second inlet grates 11 initially reaches respectively associated separating gratings 12 which, viewed in the longitudinal direction of the railcar 1, are inclined and inclined Direction to a vertically extending air duct 13 are arranged inclined downwards.
  • a support fan 14 conveys cooling air from the roof area in the direction of the cooling system 10. It can be provided further air channels, which are arranged one behind the other in the vehicle longitudinal direction and
  • a cooling arrangement for the underfloor area of the railcar 1 is thus composed of two inlet openings with the second inlet grille 11 in the roof area and two inlet openings of the first inlet grille 9 in the side skirt area of the multiple unit 1, the air duct 13 and the cooling system 10, which may comprise a plurality of fans.
  • the cooling system 10 which may comprise a plurality of fans.
  • an air outlet 15 is provided in the otherwise sealed floor pan 6, which serves as an outlet for the cooling air flow of a cooling system.
  • the cooling arrangement can be switched manually or automatically between a summer operation and a winter operation.
  • the purpose of this is a control module, which is not shown here in detail, and which can be designed such that the proportion of cooling air from the first inlet grids 9 in the range between 30 and 100% and the proportion of cooling air from the second inlet grids 11 in the range between 0 during operation in summer and 70% lies.
  • the further inlet grates are closed manually or automatically, so that the cooling air is basically provided exclusively by the second inlet grids 11.
  • This procedure has the advantage that in winter operation, the fresh air used as cooling air is substantially free of snow. Due to the arrangement of the second inlet grille 11 in the roof area, highly swirled snow can not hit the second inlet grille 11.
  • FIG. 2 now shows a portion of the floor pan 6 of the rail vehicle, seen from an inner side. Shown are two juxtaposed inlet openings, of which the right one in the figure 2 belongs to a first inlet grille 9, flows through the fresh air for cooling traction motors. On an inner side of the inlet grille 9, a snow filter 16 is arranged for winter operation of the rail vehicle. The snow filter 16 is used for a
  • the snow filter 16 is thus arranged directly behind the intake grates 9. It consists of one or more porous filter layers.
  • the snow filter 16 can be mounted on a ventilation apron in order to supply the downstream components (cooling air consumers) with cooling air even in winter.
  • this snow filter is 16 the cooling air can then only about the roof channel incl. Fans get to the components. This roof channel alone can not guarantee the air requirement at summer temperatures.
  • first inlet grille 9 equipped with snow filters 16, so that other components with high Cooling air required even in winter operation can receive additional cooling air.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schienenfahrzeug (1) mit einer Kühlanordnung für in einem Unterflurbereich (2) angeordnete Komponenten, wie ein Energieversorgungsblock, ein Stromrichter, ein Transformator oder ein Fahrmotor (4), die entweder direkt oder über einen zugehörigen Kühler gekühlt werden, wobei die Kühlanordnung wenigstens eine erste Eintrittsöffnung für als Kühlluft zu verwendende Frischluft, die in dem Unterflurbereich (2) angeordnet ist, und wenigstens einen Lüfter (5) zum Führen der Kühlluft in Richtung auf mindestens eine der Komponenten (4) aufweist, und die Kühlanordnung wenigstens eine mit dem Lüfter (5) strömungstechnisch verbundene zweite Eintrittsöffnung für als Kühlluft zu verwendende Frischluft aufweist, die oberhalb von Seitenschürzen (8) des Schienenfahrzeugs (1) angeordnet und über einen Luftkanal (13) mit dem Unterflurbereich (2) verbunden ist, wobei die erste Eintrittsöffnung mit einem Schneefilter (16) ausgestattet ist.

Description

Beschreibung
Schienenfahrzeug mit Umschaltung zwischen Winter- und Sommerbetrieb
Die Erfindung bezieht sich auf ein Schienenfahrzeug mit einer Kühlanordnung für in einem Unterflurbereich angeordnete Komponenten, wie z.B. ein Energieversorgungsblock, ein Stromrichter, ein Transformator oder ein Fahrmotor. Diese werden entweder direkt oder über einen zugehörigen Kühler gekühlt, wobei die Kühlanordnung wenigstens eine erste Eintrittsöffnung für als Kühlluft zu verwendende Frischluft, die in dem Unterflurbereich angeordnet ist, und wenigstens einen Lüfter zum Führen der Kühlluft in Richtung auf mindestens eine der Komponenten aufweist, und die Kühlanordnung wenigstens eine mit dem Lüfter strömungstechnisch verbundene zweite Eintrittsöffnung für als Kühlluft zu verwendende Frischluft aufweist, die oberhalb von Seitenschürzen des Schienenfahrzeugs angeordnet und über einen Luftkanal mit dem Unterflurbereich verbunden ist.
Zur Differenzierung unter den Eintrittsöffnungen werden nachstehend als erste Eintrittsöffnungen solche verstanden, die in einem Unterflurbereich des Schienenfahrzeugs angeordnet sind, während zweite Eintrittsöffnungen immer oberhalb der Seitenschürzen liegen, beispielsweise im Dachbereich.
Ein solches Schienenfahrzeug ist beispielsweise aus der DE 10 2006 032 335 Al bekannt. Das dort beschriebene Schienenfahrzeug ist dazu ausgelegt, zwischen einem Winter- und einem Sommerbetrieb umgeschaltet zu werden. Dazu dienen die beiden erwähnten Eintrittsöffnungen, von denen die ersten im Bereich der Seitenschürzen für einen Sommerbetrieb zum Einsatz kommen, während die zweiten Eintrittsöffnungen beispielsweise im Dachbereich einem Winterbetrieb zugeordnet sind. Im Winterbetrieb ist außerdem vorgesehen, dass sämtliche Eintrittsöffnungen im Seitenschürzenbereich verschlossen bleiben.
Für den Fall, dass die Umrüstung von Sommer- auf Winterbetrieb (und umgekehrt) an kalendarisch festgelegten
Zeitpunkten stattfindet, die anhand der erwarteten Temperatur festgelegt werden, ergibt sich das folgende Problem: Auch nach Umrüstung auf den Winterbetrieb ist es möglich, dass entgegen den Erwartungen trotzdem hohe Außentemperaturen herrschen, die eine geeignete Kühlung insbesondere der Fahrmotoren erfordern. Dies lässt sich zwar über die Zuführung von Kühlluft über die zweite Einrittsöffnung, die im Dachbereich vorgesehen sein kann, grundsätzlich bewerkstelligen. Es wäre jedoch wünschenswert, wenn für einen Übergangstemperaturbereich nicht ausschließlich auf die
Kühlluftzuführung aus der zweiten Eintrittsöffnung zurück gegriffen werden müsste. Dies hat nämlich die Folge, dass sehr große Luftkanäle und Stützlüfter mit erhöhten Leistungsreserven vorzusehen wären.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Schienenfahrzeug derart weiterzuentwickeln, dass den klimatischen Bedingungen in einem Übergangstemperaturbereich zwischen Sommer und Winter besser Rechnung getragen werden kann.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die wenigstens eine erste Eintrittsöffnung mit einem Schneefilter ausgestattet ist. Ein solcher Schneefilter hat die Eigenschaft, sich bei Beaufschlagung mit Schnee zuzusetzen. Dies bedeutet, dass in einer schneefreien Zeit innerhalb des Winterbetriebs die mit einem Schneefilter ausgestatteten ersten Eintrittsöffnungen weiterhin als Kühlluftzuführung nutzbar sind. Erst wenn die Temperaturen bzw. die klimatischen Verhältnisse allgemein so beschaffen sind, dass die Schneefilter mit Schnee zugesetzt werden, kommen ausschließlich die zweiten Eintrittsöffnungen im Dachbereich zum Einsatz. Dabei wird ausgenutzt, dass die Schneefilter die Eigenschaft haben, sich durch den Schnee zuzusetzen, so dass sie sich gewissermaßen "automatisch" verschließen .
Bevorzugt ist der Schneefilter hinter einem Schürzengitter angeordnet, d.h. an einer Stelle, die es gestattet, dass ein Zusetzen des Schneefilters ein Verschließen der Eintrittöffnung sicher zu Folge hat.
Es ist vorteilhaft, wenn weitere erste Eintrittsöffnungen im Bereich der Seitenschürzen für einen Winterbetrieb verschließbar ausgebildet sind und die wenigstens eine erste Eintrittsöffnung einem Fahrmotorlüfter zugeordnet ist. Die weiteren ersten Eintrittsöffnungen können beispielsweise anderen unterflur angeordneten elektrischen Komponenten, die ebenfalls zu kühlen sind, zugewiesen sein. Diese sämtlichen Eintrittsöffnungen werden im Winterbetrieb geschlossen. Lediglich die Eintrittsöffnung für den Fahrmotor bzw. die Fahrmotoren ist dann mit dem Schneefilter ausgestattet.
Alternativ dazu ist es auch möglich, dass an anderen Stellen des Unterflurbereichs Schneefilter angebracht sind, so dass eine Mehrzahl erster Eintrittsöffnungen mit Schneefiltern versehen ist. Ein Beispiel dafür wäre, das Vorsehen eines Schneefilters am EVB in einem Batteriewagen.
Damit ist sichergestellt, dass im Winterbetrieb ein erhöhter Kühlluftbedarf der Fahrmotoren bei Außentemperaturen bis ca. 25°C durch einen zusätzlichen Lufteinstrom durch die Seitenschürzen (erste Eintrittsöffnung) abgesichert ist.
Der Schneefilter kann aus einer oder mehreren porösen Filterlagen aufgebaut sein. Diese Filterlagen sind hinter den Schürzengittern der Bodenwanne im Winterbetrieb montiert.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung noch näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, eines
Triebwagens als Beispiel für ein Schienenfahrzeug und
Figur 2 eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts einer Bodenwanne des Schienenfahrzeugs.
Die Darstellung eines Triebwagens 1 in Figur 1 zeigt einen Unterflurbereich 2, in dem verschiedene elektrische Komponenten untergebracht sind, die bei Betrieb zu kühlen sind. Drehgestelle 3 sind mit zugehörigen Fahrmotoren 4 ausgestattet, welche mit Hilfe von jeweiligen Fahrmotorlüftern 5 gekühlt werden. Eine Unterseite des Triebzuges 1 ist mit Hilfe einer Bodenwanne 6 strömungstechnisch abgedichtet, so dass oberhalb der
Bodenwanne 6 Kühlluftströmungen geführt werden können. Oberhalb der Bodenwanne 6 befindet sich außerdem ein weiteres elektrisches Aggregat 7, bei dem es sich um einen Energieversorgungsblock, einen Stromrichter oder einen Transformator, genauer Kühleinheiten der betroffenen Geräte, handeln kann. Die Bodenwanne 6 setzt sich an ihren Außenkanten in Seitenschürzen 8 des Triebzuges 1 fort. Im Bereich dieser Seitenschürzen 8 sind zur Ausbildung erster Eintrittsöffnungen erste Einlassgitter 9 für als Kühlluft zu verwendende Frischluft vorgesehen. Über diese Einlassgitter 9 eintretende Frischluft wird von den Fahrmotorlüftern 5 beispielsweise zum Kühlen der Fahrmotoren 4 verwendet. Die Stromrichterkühlanlage 10, die innerhalb der Bodenwanne 6 und in Längsrichtung des Triebwagens 1 etwa in der Mitte vorgesehen ist, zieht sich Kühlluft zur Kühlung des
Stromrichters 7. Die Fahrmotorlüfter 5 ziehen sich Luft zum Kühlen der Fahrmotoren 4.
Im Dachbereich des Triebwagens 1 finden sich zur Ausbildung zweiter Eintrittsöffnungen zweite Einlassgitter 11. Über die zweiten Einlassgitter 11 einströmende Frischluft gelangt zunächst zu jeweils zugehörigen Abscheidegittern 12, die, in Längsrichtung des Triebwagens 1 gesehen, schräg und in Richtung auf einen vertikal verlaufenden Luftkanal 13 nach unten geneigt angeordnet sind. Ein Stützlüfter 14 befördert Kühlluft aus dem Dachbereich in Richtung auf die Kühlanlage 10. Es können weitere Luftkanäle vorgesehen sein, die in Fahrzeuglängsrichtung hintereinander angeordnet sind und
Kühlluft zu dem Unterflurbereich 6 transportieren, wobei dann alle Luftkanäle von zweiten Eintrittsöffnungen ausgehen.
Eine Kühlanordnung für den Unterflurbereich des Triebwagens 1 setzt sich somit aus zwei Einlassöffnungen mit den zweiten Einlassgittern 11 im Dachbereich und zwei Einlassöffnungen der ersten Einlassgitter 9 im Seitenschürzenbereich des Triebzuges 1, dem Luftkanal 13 und der Kühlanlage 10, die mehrere Lüfter umfassen kann, zusammen. Unterhalb der Kühlanlage 10 ist in der ansonsten abgedichteten Bodenwanne 6 ein Luftauslass 15 vorgesehen, der als Auslass für den Kühlluftstrom einer Kühlanlage dient.
Die Kühlanordnung kann manuell oder automatisch zwischen einem Sommerbetrieb und einem Winterbetrieb umgeschaltet werden. Dazu dient ein hier nicht näher dargestelltes Steuermodul, das derart ausgelegt sein kann, das bei Betrieb im Sommer der Anteil der Kühlluft von den ersten Einlassgittern 9 im Bereich zwischen 30 und 100% und der Anteil der Kühlluft von den zweiten Einlassgittern 11 im Bereich zwischen 0 und 70% liegt. Im Winterbetrieb werden demgegenüber die weiteren Einlassgitter manuell oder automatisch verschlossen, so dass die Kühlluft grundsätzlich ausschließlich von den zweiten Einlassgittern 11 bereitgestellt wird. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dass im Winterbetrieb die als Kühlluft verwendete Frischluft im Wesentlichen schneefrei ist. Aufgrund der Anordnung der zweiten Einlassgitter 11 im Dachbereich kann hochgewirbelter Schnee nicht auf die zweiten Einlassgitter 11 treffen. Bei Schneefall wirken die Abscheidegitter 12 in der Weise, dass in der Luft vorhandener Schnee gefiltert wird, bevor die Frischluft mit Hilfe des Stützlüfters 14 weiter durch den Luftkanal 13 befördert wird. Figur 2 zeigt nun einen Abschnitt der Bodenwanne 6 des Schienenfahrzeugs, und zwar von einer Innenseite aus gesehen. Dargestellt sind zwei nebeneinander angeordneten Einlassöffnungen, von denen die rechte in der Figur 2 zu einem ersten Einlassgitter 9 gehört, über das Frischluft zur Kühlung von Fahrmotoren einströmt. Auf einer Innenseite des Einlassgitters 9 ist für einen Winterbetrieb des Schienenfahrzeugs ein Schneefilter 16 angeordnet. Der Schneefilter 16 dient dazu, für einen
Temperaturübergangsbereich, bei dem bereits eine Umrüstung auf Winterbetrieb stattgefunden hat, für eine zufriedenstellende Kühlung der Fahrmotoren 4 zu sorgen. Liegt kein Schnee vor, erhalten die Fahrmotoren 4 Kühlluft sowohl von den zweiten Einlassgittern 11 im Dachbereich aus als auch über die ersten Einlassgitter 9, denn der Schneefilter 16 ist vollständig luftdurchlässig. Bei schlechterer Witterungslage mit Anfall von Schnee setzt sich der Schneefilter 16 bei entsprechender Beaufschlagung mit Schnee zu, so dass in diesem Fall eine vollständige Abdichtung der Bodenwanne 6 verwirklicht wird und bereitzustellende Kühlluft ausschließlich über die zweiten Einlassgitter 11 einströmt.
Der Schneefilter 16 ist somit unmittelbar hinter den Einlassgittern 9 angeordnet. Er besteht aus einer oder mehreren porösen Filterlagen.
Der Schneefilter 16 kann an eine Lüftungsschürze montiert werden, um die dahinter liegenden Komponenten (Kühlluftverbraucher) auch im Winter mit Kühlluft zu versorgen. Bei Schnee setzt sich dieser Schneefilter 16 zu, die Kühlluft kann dann nur noch über den Dachkanal incl . Lüftern zu den Komponenten gelangen. Dieser Dachkanal alleine kann den Luftbedarf bei Sommerlichen Temperaturen nicht gewährleisten.
Ggf. sind weitere erste Einlassgitter 9 mit Schneefiltern 16 ausgestattet, so dass weitere Komponenten mit hohem Kühlluftbedarf auch im Winterbetrieb zusätzliche Kühlluft erhalten können.

Claims

Patentansprüche
1. Schienenfahrzeug (1) mit einer Kühlanordnung für in einem Unterflurbereich (2) angeordnete Komponenten, wie ein Energieversorgungsblock, ein Stromrichter, ein Transformator oder ein Fahrmotor (4), die entweder direkt oder über einen zugehörigen Kühler gekühlt werden, wobei die Kühlanordnung wenigstens eine erste Eintrittsöffnung für als Kühlluft zu verwendende Frischluft, die in dem Unterflurbereich (2) angeordnet ist, und wenigstens einen Lüfter (5) zum Führen der Kühlluft in Richtung auf mindestens eine der Komponenten (4) aufweist, und die Kühlanordnung wenigstens eine mit dem Lüfter (5) strömungstechnisch verbundene zweite Eintrittsöffnung für als Kühlluft zu verwendende Frischluft aufweist, die oberhalb von Seitenschürzen (8) des
Schienenfahrzeugs (1) angeordnet und über einen Luftkanal (13) mit dem Unterflurbereich (2) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Eintrittsöffnung mit einem Schneefilter (16) ausgestattet ist.
2. Schienenfahrzeug (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneefilter (16) hinter einem Einlassgitter (9) der ersten Eintrittsöffnung angeordnet ist.
3. Schienenfahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass weitere Eintrittsöffnungen im Bereich der Seitenschürzen (8) für einen Winterbetrieb verschließbar ausgebildet sind und die erste Eintrittsöffnung einem Fahrmotorlüfter (5) zugeordnet ist.
4. Schienenfahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneefilter (16) aus einer oder mehreren porösen Filterlagen aufgebaut ist.
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