Beschreibung

Schienenfahrzeug mit Kühlluft-Strömungsführung

Die Erfindung betrifft ein Schienenfahrzeug mit einem Triebwagen, der mit wenigstens einer zu kühlenden Komponente, wie einem Diesel-getriebenen Motor oder einem elektrischen Transformator, ausgestattet ist, und mit wenigstens einem, sich an den Triebwagen anschließenden Mittelwagen, wobei der Triebwagen mit einer Kühleinrichtung für die Komponente ausgestattet ist, welche wenigstens einen Frischlufteinlass, einen Wärmetauscher und einen Kühlluftauslass aufweist, wobei ferner der wenigstens eine Mittelwagen eine

Klimatisierungseinrichtung für dessen Innenraum aufweist, die einen Frischlufteinlass in einem Dachbereich des Mittelwagens umfasst .

Bei solchen bekannten Schienenfahrzeugen ist der

Kühlluftauslass typischer Weise in einem Dachbereich des Triebwagens bzw. der Lokomotive angeordnet, so dass ausströmende Kühlluft aufgrund des Fahrtwindes im Betrieb des Schienenfahrzeugs bereits relativ kurz hinter dem Kühlluftauslass in turbulente Strömungsbereiche gelangt, welche insbesondere ein relativ frühes Anlegen des Kühlluftstroms an eine Kontur des Schienenfahrzeugs bewirkt. Dieser Effekt nimmt mit ansteigender Betriebsgeschwindigkeit eines Schienenfahrzeugs zu, so dass insbesondere bei Hochgeschwindigkeitsfahrzeugen ein unmittelbares Anlegen des Kühlluftstroms an eine Außenkontur des Schienenfahrzeugs zu beobachten ist.

Der Effekt des Anlegens des Kühlluftstroms an die äußere Kontur eines Schienenfahrzeugs hat den Nachteil, dass im

Dachbereich des nachfolgenden Mittelwagens ein hoher Anteil an Kühlluft aus der Motorkühleinrichtung des Triebwagens vorliegt. In diesem Dachbereich des Mittelwagens ist

typischer Weise ebenfalls ein Frischlufteinlass für in einen Innenraum des Mittelwagens zu leitende Frischluft für eine Klimatisierungseinrichtung angeordnet. Da jedoch die aus dem Kühlluftauslass strömende Kühlluft aufgrund der Wechselwirkung mit dem Kühlwasser der Kühleinrichtung in dem Wärmetauscher stark erwärmt sein kann, ist die an dem Frischlufteinlass des Mittelwagens vorliegende Luft nicht optimal für Klimatisierungszwecke im Mittelwagen geeignet. Wenn die zu kühlende Komponente ein Diesel-getriebener Motor ist, kommt hinzu, dass die Kühlluft mit Abgasen des

Dieselmotors gemischt sein kann, wodurch eine Luftqualität herabgesetzt wird.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Schienenfahrzeug der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass Qualitätsparameter der Luft, die an dem Frischlufteinlass in dem Dachbereich des Mittelwagens vorliegt, verbessert werden.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten

Schienenfahrzeug dadurch gelöst, dass der Kühlluftauslass des Triebwagens in einer Heckwand des Triebwagens vorgesehen ist.

Durch die Anordnung des Kühlluftauslasses in der Heckwand des Triebwagens wird erreicht, dass austretende Kühlluft in den übergangsbereich zwischen dem Triebwagen und dem Mittelwagen gelangt. Dabei ist zu erwarten, dass auch ohne weitere Maßnahmen erhebliche Anteile der erwärmten Kühlluft nicht in den Dachbereich des nachfolgenden Mittelwagens gelangen. Insofern ist der Anteil dieser erwärmten Kühlluft in einem Raumbereich vor dem Frischlufteinlass für die Klimatisierungseinrichtung des Mittelwagens gegenüber dem Stand der Technik vermindert.

Bevorzugt kann für den Kühlluftauslass eine Lüfteranordnung vorgesehen sein, die zum seitlichen Umlenken der Kühlluft ausgebildet ist. Eine solche Lüfteranordnung wird im Triebwagen unmittelbar vor dem Kühlluftauslass anzuordnen

sein, wobei eine Abströmrichtung der eingesetzten Lüfter geeignet gewählt werden kann.

Bevorzugt ist der Kühlluftauslass mit einem Schalldämpfer ausgestattet, der Strömungskanäle zum seitlichen Umlenken der Kühlluft aufweist. Diese Strömungskanäle können dann in einem Winkel zu einer Schienenfahrzeuglängsachse hinter einem Lüfter der Lüfteranordnung vorgesehen werden. Der Winkel kann dabei so bemessen sein, dass die Strömungskanäle die Kühlluft in eine Richtung lenken, die an Seitenwänden des nachfolgenden Mittelwagens vorbei führt. Beispielsweise können zwei Lüfter verwendet werden, von denen der eine die Kühlluft an der einen Seitenwand des Mittelwagens und der andere Lüfter die Kühlluft an der anderen Seite des Mittelwagens vorbei führt, und zwar unter Zwischenschaltung jeweils eines Schalldämpfers, der mit den oben beschriebenen Strömungskanälen ausgestattet ist.

Zur weiteren Unterstützung einer Strömungsführung für die Kühlluft, die aus dem Kühlluftauslass kommt, kann vorgesehen sein, dass in einem Zwischenraum zwischen dem Triebwagen und dem wenigstens einen Mittelwagen Strömungsleitklappen derart angeordnet sind, dass die Kühlluft in einem übergangsbereich zwischen dem Triebwagen und dem Mittelwagen seitlich umlenkbar ist.

Solche Strömungsleitklappen können beispielsweise etwa entsprechend dem Winkel der Strömungskanäle ausgerichtet sein, so dass die Strömungskanäle gemeinsam mit den Strömungsleitklappen eine gezielte Kühlluftführung bewirken.

Allgemein sollten die Strömungsleitklappen um etwa 45° bis 60° gegenüber einer Schienenfahrzeuglängsachse angestellt sein, und zwar spiegelsymmetrisch bezüglich einer vertikalen, mittleren Längsebene des Schienenfahrzeugs.

Vorteilhafterweise können die Strömungsleitklappen in den vorderen Eckbereichen des Mittelwagens vertikal angebracht

sein. Zum seitlichen Umlenken der Kühlluft werden die Strömungsleitklappen dann in Richtung auf den Triebwagen aufeinander zu verlaufen. Bei Bedarf können sie an einem vertikalen Stützelement, das im mittleren Bereich der Bugwand des Mittelwagens angeordnet ist, abgestützt sein.

Die Strömungsleitklappen können fest an den vorderen Eckbereichen des Mittelwagens angebracht sein, so dass permanent eine seitliche Umlenkung der Kühlluft aus dem Kühlluftauslass bewirkt wird. Es wird jedoch als bevorzugt angesehen, wenn die Strömungsleitklappen beweglich angebracht sind, mittels eines Antriebes zwischen einer ersten Stellung für seitliche Umlenkung der Kühlluft und einer zweiten Stellung für eine Ablenkung der Kühlluft nach oben verschwenkbar sind und horizontal entsprechend dem Abstand zwischen dem Triebwagen und dem Mittelwagen bemessen sind. Dabei entspricht die erste Stellung der Strömungsleitklappen dem Fall einer ausschließlich seitlichen Umlenkung der Kühlluft, wobei die Strömungsleitklappen, wie oben beschrieben, angestellt sind. Für die zweite Stellung stehen die Strömungsleitklappen etwa in Längsrichtung des Schienenfahrzeugs, so dass die Seiten des übergangsbereiches zwischen dem Triebwagen und dem Mittelwagen im Wesentlichen verschlossen sind. Austretende Kühlluft wird dann aus dem übergangsbereich weit überwiegend nach oben abgeführt. Dabei tritt die Kühlluft nach oben unter einem sehr großen Winkel gegenüber der Richtung des Fahrtwindes aus, so dass auch in diesem Fall die Kühlluft weitestgehend an einem Frischlufteinlass der Klimatisierungseinrichtung des Mittelwagens vorbei gelangt.

Die zweite Stellung der Strömungsleitklappen betrifft insbesondere den Anwendungsfall, dass ein Schienenfahrzeug in einen Bahnhof einfährt, wobei ein Abführen der Kühlluft ausschließlich zur Seite, d. h. Richtung Bahnsteig, nicht wünschenswert ist. Abhängig von den Strömungsverhältnissen können die Strömungsleitklappen auch Zwischenstellungen annehmen .

Der Antrieb für die Strömungsleitklappen kann bevorzugt auf Druckluft basieren. Zum Vermindern von Geräuschentwicklung können die Strömungsleitklappen mit einer Schallabsorptionsschicht versehen sein.

Als günstiges Baumaterial für die Strömungsleitklappen können Faserverbundwerkstoffe verwendet werden.

Zur Erhöhung einer Zuverlässigkeit der Strömungsführung können die Strömungsleitklappen profiliert sein. Dies betrifft insbesondere die erste Stellung der Strömungsleitklappen für eine seitliche Umlenkung der Kühlluft.

Die Erfindung ist grundsätzlich auf Schienenfahrzeuge mit Triebwagen aller Art anwendbar, insbesondere auch bei Hochgeschwindigkeits-Elektro-Triebwagen, die zu kühlende elektrische Komponenten, wie einen Transformator oder auch Fahrmotoren, aufweisen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen noch näher beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Teil-Querschnittsansicht eines Triebwagens nach dem Stand der Technik,

Figur 2 eine Ansicht von oben auf einen

Schienenfahrzeugabschnitt im Bereich zwischen einem Triebwagen und einem sich an den Triebwagen anschließenden Mittelwagen,

Figur 3 eine perspektivische Ansicht auf einen

Vorderabschnitt des Mittelwagens von Figur 1 und

Figur 4 eine Seitenansicht des Triebwagens und des Mittelwagens von Figur 1.

Die dem Stand der Technik zuzurechnende Darstellung von Figur 1 veranschaulicht einen Dieselmotor M als zu kühlende Komponente und Antriebsaggregat des Triebwagens. Aus einem von Frischluft umströmten Kühlwasserreservoir KR strömt Kühlwasser in einen Kühlwasserkreislauf des Dieselmotors M. Frischluft, die über einen in der Figur nicht dargestellten Frischlufteinlass im Seitenwandbereich des Triebwagens eintritt, kühlt erhitztes Kühlwasser ab. Ein Lüfter L führt die erwärmte Frischluft, die nachfolgend mit dem Begriff „Kühlluft" bezeichnet wird, über einen Kühlluftauslass KA ab, der im Dachbereich des Triebwagens angeordnet ist.

Abgase des Dieselmotors M verlassen den Triebwagen über einen Abgasauslass AG ebenfalls im Dachbereich des Triebwagens.

Wie aus Figur 2 hervorgeht, ist gemäß eines

Ausführungsbeispiels der Erfindung der Kühlluftauslass KA im Heckbereich des Triebwagens vorgesehen. Eine Lüfteranordnung LA umfasst zwei Lüfter Ll, L2, die jeweils in einem Winkel zur Schienenfahrzeuglängsachse angeordnet sind. Die Winkel sind dabei so gewählt, dass die Austrittsrichtungen der Lüfter Ll, L2 jeweils auf verschiedenen Seiten des nachfolgenden Mittelwagens vorbei führen.

Zur besseren Kontrolle der Strömungsrichtung der Kühlluft ist jedem der Lüfter Ll, L2 eine Strömungskanalanordnung Kl, K2 zugeordnet, die jeweils aus einer Anzahl, zueinander parallel ausgerichteter Strömungskanäle aufgebaut ist. Die Strömungskanalanordnungen Kl, K2 haben außerdem den Effekt einer Dämpfung der Schallentwicklung aufgrund des Betriebes der Lüfter Ll, L2.

Zur Strömungsführung der Kühlluft, die aus dem Kühlluftauslass KA ausströmt, sind in einem übergangsbereich zwischen einem Heck des Triebwagens und einem Bug des nachfolgenden Mittelwagens zwei verschenkbare Strömungsleitklappen LKl, LK2 aus Faserverbundwerkstoff vorgesehen. Beide Strömungsleitklappen LKl, LK2 sind

horizontal verschwenkbar an den beiden vorderen Eckbereichen El, E2 angelenkt.

Die Strömungsleitklappen LKl, LK2 weisen zwei Grundstellungen I, II auf, denen jeweils eine Vorzugsrichtung zum Abführen der Kühlluft zugeordnet ist. Bei der Grundstellung I stehen die Strömungsleitklappen LKl, LK2 im Wesentlichen in Richtung der Strömungskanalanordnung Kl, K2, von der aus Kühlluft zu ihnen gelangt. Insofern stehen die freien Enden der Strömungsleitklappen LKl, LK2 benachbart zueinander, so dass auf sie treffende Kühlluft seitlich um den Mittelwagen herum gelenkt wird. Die Stellung I der Strömungsleitklappen LKl, LK2 ist in der Figur 2 gestrichelt dargestellt.

Die Strömungsleitklappen LKl, LK2 können insbesondere für die Grundstellung I eine Oberflächenprofilierung aufweisen, die auf der dem Kühlluftstrom zugewandten Seite der Strömungsleitklappen LKl, LK2 horizontal eingeprägt ist. Auf diese Weise lässt sich für die ausströmende Kühlluft eine Vorzugsrichtung an den Seiten des Mittelwagens vorbei festlegen .

Zur Verminderung von Geräuschentwicklung können die Strömungsleitklappen LKl, LK2 zusätzlich mit einer Schallabsorptionsschicht ausgestattet sein.

Um dem Druck der austretenden Kühlluft entgegenzuwirken, der auf die Strömungsleitklappen LKl, LK2 in der Grundstellung I ausgeübt wird, ist, Mittelwagen ausgehend, ein spitz zulaufendes Stützelement S vorgesehen, das in den

übergangsbereich zwischen dem Mittelwagen und dem Triebwagen hineinragt, wobei dessen Vorderkante zur Anlage der freien Enden der Strömungsleitklappen LKl, LK2 ausgeführt ist.

In der Grundstellung II der Strömungsleitklappen LKl, LK2, verlaufen diese im Wesentlichen in Längsrichtung des Schienenfahrzeugs. Dabei gelangen die freien Enden der Strömungsleitklappen LKl, LK2 zur Anlage an Innenseiten von

Eckvorsprüngen Vl, V2 des Triebwagens, so dass sie den übergangsbereich zwischen dem Triebwagen und dem Mittelwagen seitlich verschließen.

Die beiden Strömungsleitklappen LKl, LK2 sind über einen

Pneumatikantrieb PAl herkömmlicher Art miteinander verbunden, der jeweils an den Innenseiten der Strömungsleitklappen LKl, LK2 angelenkt ist. Mittels einer geeigneten

Druckluftsteuerung (nicht dargestellt) , die beispielsweise im Mittelwagen untergebracht sein kann, ist eine gewünschte Grundstellung für die Strömungsleitklappen LKl, LK2 anfahrbar, wobei aber auch Zwischenstellungen für bestimmte Strömungsverhältnisse günstig sein können.

Figur 3 zeigt den vorderen Teil des Mittelwagens in einer perspektivischen Ansicht, wobei insbesondere der vertikale Verlauf der in der Grundstellung I dargestellten Strömungsleitklappen LKl, LK2 und des Stützelementes S veranschaulicht ist. Selbstverständlich können bei alternativen Ausführungsformen die Strömungsleitklappen LKl, LK2 noch unterteilt sein. Sie müssen sich auch nicht notwendiger Weise über die gesamte vertikale Ausdehnung des Mittelwagens erstrecken.

In Figur 3 ist außerdem ein zweiter Pneumatikantrieb PA2 zu sehen, der im unteren Bereich der Strömungsleitklappen LKl, LK2 angeordnet ist, während der erste Pneumatikantrieb PAl in deren oberen Bereich zu finden ist. Die beiden Pneumatikantriebe PAl, PA2 werden simultan angesteuert.

Die Gesamtansicht eines Triebwagens und eines sich daran anschließenden Mittelwagens ist in Figur 4 veranschaulicht. Eine Pfeilschar Pl veranschaulicht, wie sich eine Frischluftströmung am Bug des Triebwagens an dessen äußere Kontur anlegt. Auf diesem Weg gelangt Frischluft über zwei Eintrittsöffnungen FEl im Dachbereich des Hecks des Triebwagens sowie über insgesamt vier seitliche Frischlufteinlässe FE2, von denen in der Figur lediglich zwei

sichtbar sind, in einen Innenraum des Triebwagens (Pfeilschar P2) . In diesem Innenraum erfolgt mittels eines geeigneten Wärmetauschers eine Abkühlung von Kühlwasser des Dieselmotors M. Jeweils unmittelbar hinter einem der Frischlufteinlässe FEl, FE2 sind Lamellen-Wärmetauscher vorgesehen, welche eine Abwärme des Dieselmotors auf die Kühlluft übertragen. Insofern können die Lamellen-Wärmetauscher unmittelbar hinter den jeweils vorgesehenen Einsauggittern der Frischlufteinlässe FEl, FE2 angeordnet sein.

Erwärmte Kühlluft tritt aus dem Heck des Triebwagens im Wesentlichen horizontal aus. Sofern die Strömungsleitklappen LKl, LK2 die Grundstellung von I einnehmen, erfolgt, wie in Figur 4 mit Hilfe der Pfeilschar P3 dargestellt ist, eine seitliche Umlenkung der Kühlluft, die dann weiter an einer Seitenwand des Mittelwagens entlang strömt. Insbesondere gelangt die umgelenkte erwärmte Kühlluft im Wesentlichen nicht in den Dachbereich des Mittelwagens, in dem ein Frischlufteinlass FE3 für eine Klimatisierungseinrichtung des Mittelwagens untergebracht ist. Wird die

Strömungsleitklappenstellung II aus Figur 1 eingenommen, wird die Kühlluft überwiegend nach oben abgelenkt (Pfeilschar P4) und tritt unter einem Winkel von ca. 90° zur Richtung des Fahrtwindes aus dem übergangsbereich zwischen Triebwagen und Mittelwagen aus. Aus diesem Grund wird eine unmittelbare Umlenkung der Kühlluft bei Erreichen des Dachniveaus des Schienenfahrzeugs in Richtung auf den Frischlufteinlass FE3 des Mittelwagens vermieden. Vielmehr wird der größte Anteil der Frischluft außen an dem Frischlufteinlass FE3 vorbeiströmen.

Auf diese Weise wird sowohl bei der Grundstellung I als auch bei der Grundstellung II für die Strömungsleitklappen LKl, LK2 der Vorteil erzielt, dass günstige Temperatureigenschaften der bei dem Frischlufteinlass FE3 einströmenden Frischluft für die Klimatisierungseinrichtung des Mittelwagens erreicht werden.