Die Erfindung betrifft eine Klimaanlage für Schienenfahrzeuge, wobei in einer auf dem Fahrzeugdach angeordneten Gerätewanne sämtliche für eine Klimatisierung des Fahrgastraumes notwendigen Bauteile, insbesondere Verdichter, Verflüssiger, Lüfter, Filter, Heizelemente, Sensonk und Steuerung baulich integriert sind und wobei diese mit einem Gehäuse umschlossene Gerätewanne in einem freien Bauraum auf dem Fahrzeugdach so angeordnet ist, dass sie einen Teil der Dachform innerhalb der Kontur des Schienenfahrzeuges ausbildet.

Zur Klimatisierung der Fahrgasträume von Fahrzeugen sind bereits zahlreiche technische Lösungen bekannt. Für Omnibusse und Schienenfahrzeuge werden derartige Klimaanlagen zunehmend auf dem Fahrzeugdach angeordnet, wobei Ausgestaltungen innerhalb der Dachkonturen angestrebt werden.

So beschreibt US 6 763 669 B1 eine kompakte und flache Klimaanlage, bei der alle wesentlichen Funktionseinheiten in einer gemeinsamen Baueinheit integriert sind. Diese Baueinheit ist modulartig aufgebaut und kann mit weiteren gleichartigen Baugruppen für unterschiedliche Leistungen modifiziert werden, so dass in Abhängigkeit der konkreten Fahrzeugkategorie unterschiedlich große Luftmengen klimatisiert werden können. Die Klimaanlage ist zur Anordnung auf dem Fahrzeugdach eines Busses konzipiert.

Im Unterschied zu einer derartigen Klimaanlage für Busse müssen bei Schienenfahrzeugen wegen der etwas anderen Einsatzbedingungen weitere Aspekte beachtet werden. So sind neben primär technischen Vorgaben zur Funktionsweise der Anlage (elektrische Strom- / Spannungsverhältnisse, angestrebte Kühl- bzw. Heizleistung, zu fördernde Luftmengen usw.) üblicherweise auch höhere Fahrgeschwindigkeiten und Fahrgastzahlen sowie eine mögliche Nutzung bei klimatisch extremen Bedingungen zu berücksichtigen.

EP 0 963 895 A2 beschreibt eine Klimaanlage für Schienenfahrzeuge, bei der auf dem Fahrzeugdach mehrere der zur Klimatisierung notwendigen Baugruppen installiert sind. Diese Baugruppen sind in einer durch ein Gehäuse umschlossenen gemeinsamen Kammer angeordnet, die allerdings eine Erhöhung der Dachform bewirkt.

Aus DE 199 13 776 A1 ist eine Klimaanlage für Schienenfahrzeuge bekannt, bei der in einer auf dem Fahrzeugdach angeordneten Gerätewanne alle zur Klimatisierung notwendigen Bauteile installiert sind, insbesondere Verdichter, Kondensatoren, Lüfter, Filter, Verdampfer und Heizelemente. Weiterhin sind der Gerätewanne Schutzgitter, Klappen und Steuereinrichtungen für die Luftführung zugeordnet. Somit wird eine kompakte Klimaanlage geschaffen, die in einem ohnehin verfügbaren freien Bauraum auf dem Fahrzeugdach so angeordnet werden kann, dass sich keine Erhöhung der Dachkonstruktion ergibt.

Eine ähnliche technische Lösung wird in DE 10 2009 056 968 B3 beschrieben, wobei auch hier alle für die Klimatisierung des Fahrgastraumes wesentlichen Baugruppen in einer Gerätewanne auf dem Dach des Schienenfahrzeuges baulich integriert sind. Diese Gerätewanne ist zusätzlich nach oben mit einem Gehäuseabschnitt derart abgedeckt, dass sie einen Teil der Dachform innerhalb der Kontur des Schienenfahrzeuges darstellt.

Die oben benannten Konstruktionen sind grundsätzlich zur Klimatisierung von Fahrgasträumen in Schienenfahrzeugen geeignet. Allerdings können sich Probleme ergeben, sofern während der Fahrt längere Tu nne! abschnitte durchfahren werden. Aufgrund der Anordnung der Luftführungskanäle sind zumindest bei beengten Tunnelkonturen eine ausreichende Zuführung von Frischluft sowie eine Abführung der Abluft ohne Rückströmung in den Frischluftzug problematisch. Deshalb sind die bekannten Klimaanlagen insbesondere für eine Nutzung bei sog. Untergrundbahnen (üblicherweise als U-Bahn oder Metro bezeichnet) nur bedingt geeignet. Außerdem ist eine Bahntauglichkeit, umhin die Eignung aller Komponenten für die erhöhten mechanischen Belastungen auf der Schiene, nicht beschrieben.

Darüber hinaus muss bei Schienenfahrzeugen der Fall einer hermetischen Abdichtung des Fahrgastraumes berücksichtigt werden. Dieser tritt zum Beispiel bei Tunnelfahrten mit höheren Geschwindigkeiten zum Schutz der Fahrgäste vor auftretenden Druckwellen ein und erfordert neben einem zeitweisen Umluftbetrieb auch größere Frischluftmengen nach dem Druckschutzfall. Diese sind für eine ausreichende Versorgung der Passagiere mit Frischluft notwendig und ermöglichen die Einhaltung des festgeschriebenen Gehalts an Kohlendioxid durch höhere Volumenströme und damit erweiterte technische Kapazitäten

Aufgabe der Erfindung ist es, eine technische Lösung zur Klimatisierung von Fahrgasträumen in Schienenfahrzeugen zu schaffen, bei der die Baugruppen zur Luftbehandlung und Luftverteilung so ausgestaltet sind, dass insbesondere bei einer Nutzung mit umfangreichen Tunnelfahrten eine qualitativ hochwertige Klimatisierung gewährleistet wird. Diese Aufgabe wird gelöst, indem in der Gerätewanne eine Verdichter-Verflüssiger-Einheit und eine Luftbehandler-Einheit installiert sind, die bezogen auf die Längsrichtung des Gehäuses der Klimaanlage hintereinander liegend angeordnet sind. Dabei umfasst die für zwei separate Kältekreisläufe ausgestaltete Verdichter-Verflüssiger-Einheit zwei Verdichter, zwei Verflüssiger und zwei Verflüssigerventilatoren. Die Verflüssigerzuluft wird über Öffnungen an der Oberseite des Gehäuses von den Ventilatoren angesaugt, über die Verflüssiger geleitet und strömt als Verflüssigerabluft über Schutzgitter an den Längsseiten des Gehäuses aus. Die Luftbehandler-Einheit umfasst einen Verdampfer, einen Heizer, mindestens einen Zuluftventilator, mindestens einen Luftfilter und eine Außen-/ Umluftklappe. Die Außenluft wird über Öffnungen an den Längsseiten und im Boden des Gehäuses und die Umluft wird über mindestens eine Öffnung im Boden des Gehäuses angesaugt. Im Strömungsweg von Außenluft und Umluft ist eine Baugruppe zur Regelung des Verhältnisses von Außenluft und Umluft angeordnet. Die derart geregelte Mischluft wird vom Zuluftventilator über den Luftfilter, den Verdampfer und den Heizer angesaugt und durch eine Öffnung an der Stirnseite des Gehäuses als Zuluft in den Fahrgastraum gefördert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen, deren technische Merkmale im Ausführungsbeispiel näher beschrieben werden.

Die Klimaanlage ist grundsätzlich zur Klimatisierung der Fahrgasträume verschiedenartiger Schienenfahrzeuge geeignet. Eine bevorzugte Anwendung sind hierbei Schienenfahrzeuge mit überwiegender Nutzung als Untergrundbahn, bei denen durch die erfindungsgemäße Anordnung und Ausgestaltung der Baugruppen zur Luftbehandlung und Luftverteilung auch bei engen Tunnelkonturen eine qualitativ hochwertige Klimatisierung gewährleistet wird. Diese funktionellen Vorteile werden durch die besonders flache Bauweise der gesamten Klimaanlage noch vergrößert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 den grundsätzlichen Aufbau einer erfindungsgemäßen Klimaanlage in Draufsicht Fig. 2 die Klimaanlage in perspektivischer Ansicht aus einem Betrachtungswinkel von

schräg oben

Fig. 3 die Klimaanlage in perspektivischer Ansicht aus einem Betrachtungswinkel von

schräg unten

Die in der Zeichnung dargestellte Klimaanlage für Schienenfahrzeuge ist zum Heizen, Lüften und Kühlen des Fahrgastraumes geeignet. Diese Klimaanlage wird auf dem Wagendach über dem Fahrgastraum fest montiert. Fig. 1 entspricht der Blickrichtung von oben auf das Dach des Schienenfahrzeuges, wobei hier zum besseren Verständnis die oberen Gehäuseabdeckungen nicht und die jeweiligen Baugruppen lediglich stilisiert dargestellt sind.

Die Klimaanlage weist als wesentliche Baugruppen eine Verdichter-Verflüssiger-Einheit und eine Luftbehandler-Einheit auf. Der elektrische Anschluss zum zugeordneten Schienenfahrzeug erfolgt über Steckverbinder, die nach Steuerung / Regelung sowie Leistung getrennt und an der Unterseite der Klimaanlage angeordnet sind. Die Regelung erfolgt mittels Klimaregler. Ein derartiger Aufbau ist an sich bekannt, so dass auf diesbezüglich detaillierte Darlegungen verzichtet werden kann.

Wesentlich im vorliegenden Sachverhalt ist jedoch die Ausgestaltung der Verdichter- Verflüssiger-Einheit und der Luftbehandler-Einheit, die speziell für die Einsatzbedingungen von Schienenfahrzeugen bei langen Tunnelfahrten, vorzugsweise bei einer Nutzung für Untergrundbahnen - sog. U-Bahn oder Metro - konzipiert sind.

Der grundlegende Aufbau der Verdichter-Verflüssiger-Einheit ist aus Fig. 1 (links) ersichtlich. Diese Verdichter-Verflüssiger-Einheit ist für zwei separate Kältekreisläufe ausgestaltet und umfasst als wesentliche Baugruppen zwei Verdichter 11 , zwei Verflüssiger 1 und zwei Verflüssigerventilatoren 2, von denen jeweils eine Baugruppe einem Kältekreislauf zugeordnet ist. Die Ventilatoren 2 sind bezogen auf die Längsrichtung des Gehäuses hintereinander auf der Mittellängsachse und die beiden Verdichter 11 und Verflüssiger 1 sind jeweils symmetrisch zur Mittellängsachse angeordnet.

Als Verdichter 11 werden vorzugsweise Scrollverdichter eingesetzt. Jeder Verdichter 1 1 ist elastisch abgestützt, um Schwingungen und Stoßbelastungen optimal zu absorbieren. Außerdem ist jeder Verdichter 11 mit einer Verdichterheizung ausgestattet, um eine Diffusion von Kältemittel in das Verdichteröl zu verhindern oder nach längerer Standzeit eine solche Diffusion rückgängig zu machen.

Die Verflüssiger 1 sind Microchannel-Wärmetauscher. In den Verflüssigern 1 wird dem Kältemittel die bei der Verdichtung aufgenommen Wärme entzogen, die Verflüssigung vom dampfförmigen in den flüssigen Aggregatzustand realisiert und eine Unterkühlung herbeigeführt.

Die Ventilatoren 2 in der Verdtchter-Verflüssiger-Einheit saugen die Verflüssigerzuluft CSA an, fördern diese über die Verflüssiger 1 und blasen nachfolgend die erwärmte Verflüssigerabluft CEA über Schutzgitter 12 in den abgeschrägten Gehäuselängsseiten aus. Diese Strömungsverläufe sind in Fig. 2 mit Pfeilen stilisiert dargestellt.

Der grundlegende Aufbau der Luftbehandler-Einheit ist aus Fig. 1 (rechts) ersichtlich. Diese Luftbehandler-Einheit versorgt den zugeordneten Fahrgastraum mit konditionierter Zuluft SA. Die Zuluft SA wird entsprechend den konkreten Betriebsbedingungen entweder gekühlt oder erwärmt. Um Einflüsse der Umgebung zu reduzieren, ist das Gehäuse der Klimaanlage im Bereich der Luftbehandler-Einheit allseitig thermisch isoliert.

Die Luftbehandler-Einheit umfasst als wesentliche Baugruppen einen Verdampfer 6, einen Heizer 7, mehrere Zuluftventilatoren 8 (hier drei Stück), mehrere Luftfilter 5 (hier ebenfalls drei Stück), zwei UV-Lampen 4, eine Außen -/Um luftklappe 14 sowie einen Elektroschaltkasten 3. Die UV-Lampen 4, die Luftfilter 5, der Verdampfer 6, der Heizer 7 und die Zuluftventilatoren 8 sind in Strömungsrichtung und bezogen auf die Längsrichtung des Gehäuses hintereinander und symmetrisch zur Mittellängsachse angeordnet.

Als Verdampfer 6 wird vorzugsweise ein Lamellenrohrwärmetauscher verwendet, der aus Kupfer-Rohren besteht, die mit Aluminium-Lamellen bestückt sind. Durch Mehrfacheinspritzung wird das Kältemittel optimal auf die Rohre des Verdampfers 6 verteilt. Der Verdampfer 6 ist in zwei versetzt einspritzende Kreisläufe geteilt. Das anfallende Kondensat wird von einer Wanne unterhalb des Verdampfers 6 aufgefangen und nach unten auf das Wagendach geleitet.

Der Heizer 7 ist als Elektroheizer ausgestaltet und erwärmt die Zuluft SA für den Fahrgastraum. Dieser Heizer 7 besteht vorzugsweise aus einzelnen Heizstäben, die in einem separaten Gehäuse montiert und verschaltet sind. Zur Vermeidung unzulässig hoher Temperaturen sind außerdem zwei Thermostate installiert. Als zusätzliche Sicherung ist ein Übertemperaturschutz vorgesehen, der bei einem eventuellen Versagen der Thermostate auslöst.

Für die Reinigung der Mischluft sind vor dem Verdampfer 6 die Luftfilter 5 installiert. Jeder dieser Luftfilter 5 besteht aus einem Filterrahmen und einer Filtermatte. Die Luftfilter 5 befreien die Mischluft (Außen-/Umluft) von eventuell auftretenden mechanischen Verunreinigungen.

Weiterhin sind für die Reinigung der Mischluft vor den Luftfiltern 5 zwei UV-Lampen 4 installiert. Diese UV-Lampen 4 befreien die Mischluft (Au en-/Umluft) und die Lamellenoberfläche des Verdampfers 6 von eventuell auftretenden bakteriellen Verunreinigungen oder verhindern präventiv deren Entstehung.

Im Bereich der Luftbehandler-Einheit ist außerdem ein Elektroschaltkasten 3 angeordnet, der bei geschlossenem Gehäusedeckel 10 über separate Wartungsöffnungen zugänglich ist. Im Elektroschaltkasten 3 sind die für den Betrieb notwendigen Schalt- und Regelgeräte installiert.

Die Strömungsverläufe an der Luftbehandler-Einheit sind in Fig. 2 und Fig. 3 mit Pfeilen stilisiert dargestellt.

Die Außenluft FRA wird über Öffnungen in den abgeschrägten Längsseiten und im Boden des Gehäuses der Klimaanlage angesaugt. Weiterhin wird die Umluft REA durch eine Öffnung im Gehäuseboden angesaugt. Zwischen den Eintrittskanälen von Außenluft FRA und Umluft REA ist eine Außen-/Umluftklappe 14 angeordnet. Mit dieser Baugruppe wird das Verhältnis von Außenluft und Umluft geregelt, so dass abhängig von der jeweils aktuellen Betriebsart der für einen optimalen Betrieb notwendige Außenluftanteil zur Verfügung steht. Die Klappenstellungen werden von einem elektrischen Stellantrieb in Abhängigkeit von der Betriebsart gesteuert und die Ansteuerung des Stellantriebes erfolgt durch den Klimaregler.

Die somit erzeugte Mischluft wird von den Zuluftventilatoren 8 über die Luftfilter 5, den Verdampfer 6 und den Elektroheizer 7 angesaugt und durch eine Öffnung 9 in der Stirnseite des Gehäuses der Klimaanlage als Zuluft SA in den Fahrgastraum gefördert.

Die Klimaanlage kann unter Beachtung der jeweils konkreten Einsatzbedingungen weiter ausgestaltet werden. So kann beispielsweise die Stabilität des gesamten Gehäuses verbessert werden, indem an den Längsseiten des Gehäuses an den unteren Kanten jeweils Versteifungselemente 13 ausgestaltet werden, Hierfür sind zum Beispiel angeschweißte Stegkonturen geeignet, die auch mit zusätzlichen Befestigungselementen für die Montage der Klimaanlage auf dem Dach des Schienenfahrzeuges ausgestattet werden können. Bezugszeichenliste

1 Verflüssiger

2 Verflüssigerventilator

3 Elektroschaltkasten

4 UV- Lampe

5 Luftfilter

6 Verdampfer

7 Heizer

8 Zuluftventilatoren

9 Austhttsöffnung Zuluft

10 Gehäusedeckel

11 Verdichter

12 Schutzgitter

13 Versteifungselement

14 Umluftklappe

CEA Verflüssigerabluft

CSA Verflüssigerzuluft

FRA Außenluft

REA Umluft

SA Zuluft