Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung für eine kombinierte Druckschutz- und Luftmengenregelung im Innenraum von Hochgeschwindigkeits-Schienenfahrzeugen, wobei die Funktionen Druckschutz und Luftmenge mit einer gemeinsamen Baugruppe realisiert werden, die in Abhängigkeit der Betriebsbedingungen den freien Strömungsquerschnitt von Luftansaug- und/oder Luftausblasöffnungen regelt.

Für Hochgeschwindigkeitszüge müssen zahlreiche Aspekte beachtet werden, um Probleme durch die im Fahrbetrieb zwangsläufig auftretenden Druckstöße bzw. Druckschwankungen zu vermeiden. Dabei sind für konstruktive Komponenten der Schienenfahrzeuge wie Wagenkasten, Wagenübergang, Fahrzeugtür, Fenster und dergleichen bereits zahlreiche technische Lösungen verfügbar, mit denen eine weitgehend optimale Anpassung auf die jeweiligen Einsatzbedingungen möglich ist. Hingegen ist die Anzahl geeigneter Lüftungs- und Klimatisierungssysteme deutlich geringer.

Eine diesbezüglich einfache Variante besteht darin, beim Überschreiten vorab definierter Grenzwerte für den Druck die Lufteintrittsöffnungen mit Klappen oder Ventilen vollständig zu schließen. Nachteilig ist jedoch, dass somit die Frischluftzufuhr in das Fahrzeug vollständig unterbrochen ist. Bei Hochgeschwindigkeitsstrecken mit vielen Tunnelabschnitten oder häufigen Begegnungen mit einem Gegenzug wird somit die Luftqualität im Fahrgastraum erheblich beeinträchtigt. Deshalb werden zunehmend sog. Druckschutzsysteme verwendet, die sowohl einen wirksamen Druckschutz als auch eine ausreichend gute Luftqualität gewährleisten sollen.

Gemäß DE 38 01 891 C1 werden hierfür konventionelle Lüfter mit einer Hochdruckcharakteristik ausgeführt, die auf der Frisch- und Abluftseite bezüglich ihrer Drehzahl aufeinander abgestimmt gesteuert werden. Dadurch wird erreicht, dass die Druckänderungen im Fahrzeug die zulässigen Werte nicht überschreiten. Allerdings können Probleme auftreten, sofern die Stellgeschwindigkeit infolge der Trägheit der Lüfter nicht hoch genug ist, um die bei hohen Fahrgeschwindigkeiten schnell ablaufenden Druckänderungen auszusteuern. Weitere typische Nachteile dieser Bauart von Lüftern sind hohe Geräusche, kleine Luftmengen und ein hoher spezifischer Energieverbrauch, so dass derartige Lüfter nur in geringem Umfang eingesetzt werden. In EP 0 579 536 A1 wird eine Ausregelung der Druckänderungen im Schienenfahrzeug durch eine Betätigung von Klappenstellgliedern auf der Frisch- und Abluftseite beschrieben. Somit werden die Nachteile von träge ansprechenden Lüftern vermieden.

Aus DE 10 2007 011 452 A1 ist es bekannt, die Druckschutz- und die Luftmengenregelung in einer gemeinsamen Luftkammer baulich zu integrieren. Hierbei sind das Druckschutzventil und die Luftmengenklappe strömungstechnisch nacheinander angeordnet. Trotz der somit benachbarten Anordnung werden für die Funktionen Druckschutz und Luftmengenregelung separate Komponenten verwendet. Hierfür werden überwiegend zwei getrennte Baugruppen vorgesehen, nämlich ein pneumatisch betriebenes Schnellschließelement und eine elektrisch angetriebene Regulierklappe.

Hingegen werden diese beiden Funktionen nach DE 86 29 224 U1 von einer gemeinsamen Baugruppe realisiert. Hier steht ein Lüftungsgitter mit einer ersten Gruppe von lagefixierten Lamellen in V-Form mit einer zweiten Gruppe von ebenfalls V-förmigen und zusätzlich axial verlagerbaren Lamellen in Wirkverbindung. Durch eine Änderung der Relativposition zwischen den Lamellen beider Gruppen wird der freie Strömungsquerschnitt verändert, wobei dieser Effekt sowohl zur Luftmengenregelung als auch zum Druckschutz genutzt wird. Dieser Lösungsansatz zur Verwendung einer gemeinsamen Baugruppe für den Druckschutz und die Luftmengenregulierung hat allerdings den Nachteil, dass die Lamellen und deren Betätigungselemente einen großen Bauraum beanspruchen. Weiterhin ist nachteilig, dass eine Vielzahl von Bauteilen miteinander in Wirkverbindung stehen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur kombinierten Druckschutz- und Luftmengenregelung im Innenraum von Hochgeschwindigkeits-Schienenfahrzeugen zu schaffen, die einen geringen Bauraum sowie eine geringe Anzahl separater Baugruppen erfordert und die auch bei hohen Fahrgeschwindigkeiten eine schnelle und funktionssichere Regelung gewährleistet.

Diese Aufgabe wird mit den technischen Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Demzufolge weist die Vorrichtung ein gegen Druckschläge bis zu einer Größe von ± 10 kPa druckdichtes Gehäuse auf, das auf seiner der Grundfläche gegenüberliegenden Seitenfläche mit einer Ausnehmung ausgestaltet ist, der ein Klappenelement zugeordnet ist. Das Klappenelement ist über eine parallel zu seiner Längsrichtung verlaufende Achse an beiden Endabschnitten der Achse am Gehäuse abgestützt und entlang dieser Achse derart schwenkbar angeordnet, dass die Ausnehmung ausgehend von jeder Position des Klappenelementes druckdicht verschließbar ist. Dabei ist dem Klappenelement eine Antriebsbaugruppe zugeordnet, die für eine exakte wiederholgenaue Positionierung des Klappenelementes mit einem elektrischen Antrieb derart in Wirkverbindung steht, dass ein Schließvorgang ausgehend von jeder Position des Klappenelementes innerhalb von < 50 ms durchführbar ist. Der elektrische Antrieb ist mit einem Stellelement verbunden, das im stromlosen Zustand selbsttätig eine definierte Endposition für das Klappenelement einstellt. Dieses Stellelement kann als ein mechanisches (z.B. Rückstellfeder) oder elektrisches (z.B. Superkondensator) Element ausgeführt sein. Hierbei wird mit dem Begriff Superkondensator (teilweise auch als SuperCap / supercapacitors bezeichnet) ein Speicher für eine Notfall-Spannungsquelle für die Rückstellung über den Motor selbst in eine bestimmte Position bei Spannungsausfall bezeichnet. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen, deren technische Merkmale im Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist vorzugsweise für Luftansaug- und Ausblasöffnungen in schnellfahrenden Reisezugwagen zum Schutz der Fahrgäste vor Druckwellen geeignet. Neben einer Druckschutzfunktion übernimmt diese Vorrichtung auch die Funktion der Regulierung benötigter Luftmengen, die zunächst als Außenluft in den Wagen einströmen und später als verbrauchte Luft den Wagen verlassen.

Ein wesentlicher Vorteil dieser Vorrichtung besteht in der platz- und gewichtssparenden Vereinigung der Baugruppen zur Druckschutz- und Luftmengenregelung in Form eines spezifisch ausgestalteten Klappenelementes, das eine geometrisch freie Gestaltbarkeit als Schließelement unabhängig von anderen Bauteilen ermöglicht. Weitere Vorteile ergeben sich durch den ausschließlich elektrischen Betrieb unter Verzicht auf pneumatische Baugruppen. Der Entfall der bisher notwendigen pneumatischen Baugruppen ergibt dabei Kostenvorteile für die Herstellung von Reisezugwagen und Klimaanlagen insbesondere für den Hochgeschwindigkeitsbereich.

Der elektrische Antrieb ermöglicht es außerdem, geringe Schließzeiten und ausreichende Dichtkräfte zu realisieren. Die Steuerung des Antriebes gewährleistet hierbei eine exakte Klappenpositionierung mit einer hohen Wiederholgenauigkeit. Die Ansteuerung erfolgt wahlweise über einen analogen / digitalen Eingang oder über ein BUS-System, welches zusätzlich Rückmeldungen ermöglicht. Der Antrieb ist zur Gewährleistung einer definierten Endposition im stromlosen Zustand mit einem Stellelement verbunden, das je nach Anwendungsziel die offene oder geschlossene Position absichert.

Das Klappenelement ist auf geringe Bautiefe optimiert, indem dieses schwenkbare Bauteil länglich ausgeführt ist, um bei gleichem Durchströmungsquerschnitt die notwendige Bauteilbreite - die beim Drehen des Klappenelementes in die geöffnete Stellung die Tiefe darstellt - reduzieren zu können.

Weiterhin sind die mechanischen Schnittstellen des Klappenelementes so gestaltet, dass diese einzeln oder auch mehrere miteinander verbunden mit einem Antrieb betrieben werden können. Dabei kann die Kopplung in einer Achse und/oder übereinander platziert erfolgen.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Hinweis auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in perspektivischer Ansicht - OFFEN

Fig. 2 die Vorrichtung gemäß Fig. 1 im Querschnitt

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in perspektivischer Ansicht - GESCHLOSSEN Fig. 4 die Vorrichtung gemäß Fig. 3 im Querschnitt

Fig. 5 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit modifizierten Ausnehmungen - OFFEN

Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung ist für eine kombinierte Druckschutz- und Luftmengenregelung im Innenraum von Schienenfahrzeugen konzipiert, wobei als eine bevorzugte Anwendung insbesondere eine Nutzung in Wirkverbindung mit Luftansaug- und/oder Luftausblasöffnungen von Hochgeschwindigkeitszügen zu nennen ist. Die Funktionen Druckschutz und Luftmenge werden durch eine gemeinsame Baugruppe realisiert, die in Abhängigkeit der Betriebsbedingungen den freien Strömungsquerschnitt der Luftansaug- und/oder Luftausblasöffnungen regelt.

Aus Fig. 1 und Fig. 3 ist ersichtlich, dass die Vorrichtung ein Gehäuse 2 aufweist, dass gegen Druckschläge bis zu einer Größe von ± 10 kPa druckdicht ausgeführt ist. In einer für die Montage vorteilhaften Ausführung ist das Gehäuse 2 auf einer Grundplatte 1 montiert.

Am Gehäuse 2 ist auf der zur Grundplatte 1 gegenüberliegenden Seitenfläche eine Ausnehmung 3 ausgestaltet. Dieser Ausnehmung 3 ist ein Klappenelement 4 zugeordnet.

Das Klappenelement 4 ist über eine parallel zu seiner Längsrichtung verlaufende Achse 5 an den beiden Endabschnitten der Achse 5 am Gehäuse 2 abgestützt. Dies erfolgt an dem einen Abstützpunkt über eine Lagerstelle 6. Am gegenüberliegenden Abstützpunkt ist der Achse 5 eine Antriebsbaugruppe 7 zugeordnet. Diese Antriebsbaugruppe 7 steht für eine exakte wiederholgenaue Positionierung des Klappenelementes 4 mit einem elektrischen Antrieb 8 derart in Wirkverbindung, dass ein Schließvorgang ausgehend von jeder Position des Klappenelementes 4 innerhalb von £ 50 ms durchführbar ist. Demzufolge kann das Klappenelement 4 entlang der Achse 5 geschwenkt werden, so dass die Ausnehmung 3 durch das Klappenelement 4 geöffnet oder verschlossen wird.

Aus Fig. 2 und Fig. 4 ist insbesondere die Querschnittskontur des Klappenelementes 4 ersichtlich. Damit eine Druckdichtheit gewährleistet wird, weist das Klappenelement 4 bezogen auf die Achse 5 auf der einen Seite einen ersten flächigen Abschnitt 41 und auf der anderen Seite einen zweiten flächigen Abschnitt 42 auf, wobei diese Abschnitte 41 und 42 bezogen auf die Achse 5 in unterschiedlichen Ebenen verlaufen. Dabei ist vorgesehen, dass in Schließstellung (Fig. 4) der untere Abschnitt 41 an der Unterseite der die Ausnehmung 3 umgebenden Kontur des druckdichten Gehäuses 2 anliegt. Gleichzeitig liegt der obere Abschnitt 42 auf der Oberseite der die Ausnehmung 3 umgebenden Kontur des druckdichten Gehäuses 2 auf.

Fig. 5 zeigt eine modifizierte Ausführung, bei der die Ausnehmung 3 zwei separate Teilausnehmungen 31 und 32 umfasst. Hierbei steht jede Teilausnehmung 31 bzw. 32 mit einem zugeordneten Abschnitt 41 bzw. 42 des Klappenelementes 4 in Wirkverbindung. Die Teilausnehmungen 31 und 32 sind gemäß Fig. 5 parallel zueinander in unterschiedlichen Ebenen verlaufend angeordnet. Ebenso können diese beiden Teilausnehmungen 31 und 32 jedoch auch in derselben Ebene angeordnet werden. Weiterhin sind auch (in der Zeichnung nicht dargestellte) rechtwinklige oder V-förmige Anordnungen der Klappenbleche zueinander möglich, wobei bei derartigen Anordnungen die An- bzw. Abströmöffnungen an verschiedenen Seiten angeordnet sein können.

Für die Positionierung des Klappenelementes 4 wird der elektrische Antrieb 8 über einen analogen oder digitalen Eingang oder über ein BUS-System so angesteuert, dass eine absolute Positionsfeststellung mit einer Diagnoserückmeldung durchführbar ist.

Außerdem ist der elektrische Antrieb 8 mit einem Stellelement (z.B. Rückstellfeder oder Superkondensator) verbunden, das im stromlosen Zustand eine definierte Endposition für das Klappenelement 4 einstellt.

Das Klappenelement 4 ist vorzugsweise auf eine geringe Bautiefe und eine geringe Trägheit optimiert ausgebildet. Dies kann beispielsweise realisiert werden, indem die Ausnehmung 3 bzw. die Ausnehmungen 31 und 32 am Gehäuse 2 und das mit den Ausnehmungen 3, 31 , 32 funktionell zusammenwirkende Klappenelement 4 jeweils eine wesentlich größere Länge als Breite aufweisen. Die beschriebene Vorrichtung kann weiter ausgestaltet werden. So können beispielsweise im Anström- und/oder Abströmbereich der Ausnehmungen 3; 31 ; 32 Sensorikbaugruppen zur Erfassung von aktuellen örtlichen Umgebungsbedingungen (Luftfeuchte, Luftgeschwindigkeit, Luftvolumenstrom, Lufttemperatur) angeordnet werden. Die von den Sensorikbaugruppen erfassten Messwerte werden dann durch eine antriebsseitig implementierte Software ausgewertet, um eine direkte Luftmengenregelung zu bewirken. Ebenso können solche Sensorikbaugruppen im Anström- und/oder im Abströmbereich der Grundplatte 1 vorgesehen werden, um auf Grundlage dieser Messwerte eine direkte Luftmengenregelung zu bewirken.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich, sofern die mechanischen Schnittstellen des Klappenelementes 4 so ausgestaltet werden, dass ein einzelnes Klappenelement 4 oder auch eine Mehrzahl von miteinander verbundenen separaten Klappenelementen 4 mit einer einzigen Antriebsbaugruppe 7 in Wirkverbindung gebracht werden können. Dabei erfolgt bei einer Mehrzahl miteinander verbundener Klappenelemente 4 deren Kopplung entweder in einer Achse und/oder übereinander platziert.

Das Antriebselement, das im Druckschutzfall eine definierte Position für das Klappenelement 4 einstellt, ist derart betätigbar, dass bei einem langanhaltenden Druckschutzfall in kurzen Zeitabschnitten durch geringfügiges Öffnen des Klappenelementes 4 gezielt kleinste Öffnungsquerschnitte in den Luftansaug- und Luftausblasöffnungen (aber im Rahmen des Druckschutzkomforts) erreichbar sind.

Bezugszeichenliste Grundplatte

druckdichtes Gehäuse

Ausnehmung am Gehäuse

erste Teilausnehmung am Gehäuse

zweite Teilausnehmung am Gehäuse

Klappenelement

erster Flächenabschnitt am Klappenelement zweiter Flächenabschnitt am Klappenelement Achse

Lagerstelle

Antriebsbaugruppe

elektrischer Antrieb