AERATION AND AIR CONDITIONING DEVICE FOR RAILWAY COACHES

Abstract: 1. Arrangement for the ventilating and air-conditioning of passenger compartments (1) in rail vehicles with the aid of an air-conditioning installation (3), which has a fresh-air inlet (2) into the passenger compartment and at least one air outlet (4) from the passenger compartment, characterised in that a regulator (12) is provided for regulating the internal pressure (Pi ) of the passenger compartment, in that arranged in the fresh-air inlet (2) and in at least one air outlet (4) are respectively sensors (8, 9) which emit output signals (Vin , Vout ) as a function of the rates of air flow (Win Wout ) flowing through the fresh-air inlet (2) or respectively through the air outlet (4) in that a desired-value transmitter (13) is provided to which the output signal (Vout ) of the sensor (9) in the air outlet (4) is supplied and which supplies a desired value (Vin , desired), dependent upon this output signal, for the rate of air flow flowing through the fresh-air inlet (2), in that the output of the desired-value transmitter (13) and that of the sensor (9) in the fresh-air inlet (2) are connected to a difference member (14) for the formation of an adjusting signal (Fdiaphragm ) and in that provided with the output of this difference member (14) as adjusting member (6, 7) in the air inlet (2) is a diaphragm (6) which varies the flow cross-section thereof.

Description: Einrichtung zur Belüftung und Klimatisierung von Fahr gasträumen in Schienenfahrzeugen Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Belüftung und Klimatlsierung von Fahrgasträumen in Schienen- fahrzeugen gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Bei Schienenfahrzeugen, insbesondere bei Zügen für Fern verbindungen, werden die Fahrgasträurne heutzutage mehr und mir mit Hilfe von Klimaanlagen belüftet und klirati- siert, um in den Fahrgasträumen eine gleichmässige Temperatur und einen gleichmässigen, jedoch nicht störenden Luftdurchfluss aufrechtzuerhalten. Die hierzu notwendige Klimaanlage weist neben einem Gebläse und einer Temperatur- steuerung einen Frischlufteinlass in den Fahrgastraum und zumindest einen Luftauslass aus dem Fahrgastraum auf. Es wird weltweit angestrebt, derartige Schienenfahrzeuge mit höheren Geschwindigkeiten laufen zu lassen, um in inländischen Fernverbindungen unter anderem die Konkurrenz von Flugzeugen abzuwehren. Bei solchen vorhandenen und geplanten Hochgeschwindigkeits-Schienenfahrzeugen werden jedoch die auf die Fahrzeuge einwirkenden aerodynamischen Störungen gravierend und wirken auch in den Fahrgasträumen. So sind vor allem die Druckstösse bei Zugbegegnungen und bei Tunneldurchfahrten so hoch, dass Fahrgäste in solchen schnell fahrenden Schienenfahrzeugen hohen Druckgradienten ausgesetzt werden, die für die Fahrgäste unangenehm sind und den Fahrkomfort mindern. Hinzu kommt, dass diese Druckstösse ser plötzlich auftreten und daher von den Fahrgästen als besonders unangenehm empfunden werden Um einen gleichmässigen Fahrkomfort für die Fahrgäste zu gewährleisten, müssten diese Druckstösse extrem schnell kompensiert werden. Bisher werden keine Einrichtungen in der Praxis verwendet, die eine derartige Kompensation ermöglichen. Der Erfindung liegt die rufgabe zugrunde, eine Einrichtung der in Rede stehenden Art so auszugestalten, dass auch plötzlich auftretende Druckunterschiede schnell und ohne Verlust des Fahrkomforts kompensiert werden können. Diese Aufgabe ist gemäss der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches -1 angegebenen Merkmale gelöst. Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass eine solche Rompensation äuBerer DruckstieüSer eine Regelung mit dem Innendruck des Fahrgastraumes als Regelgrösse viel zu langsam ist. Andererseits ist jedoch der Druckgradient in dem Fahrgastraum linear abhängig von der Differenz zwischen der durch den Frischlufteinlass und denluftauslass strömenden Buzt- durchflussmenge. Der Druckgradient innerhalb des Fahrgastraumes ist somit quasi verzögerungslos gekoppelt mit dieser Differenz. Hierdurch ist es möglich, den Wert der durch den Luftauslass strömenden Luftdurchflussmenge - konstante Innentemperatur des Fahrgastraumes vorausgesetzt - zur Bildung eines Sollwert es für die durch den Frischlufteinlass strömende tuftdurchflussmenge heranzuziehen. Durch eine solche Regelung des Innendruckes des Fahrgastraumes bzw. des Druckgradienten mit einem Sollwert, der in Abhängigkeit der Luftdurchfluss- menge durch den Luftauslass nachgerührt wird, und einem Ist Wert entsprechend der durch den Frischlufteinlass strömen Luftdurchflussmenge können auch plötzlich auftretende Druck stösse quasi verzögerungsfrei kompensiert werden, wenn in dem Frischlufteinlass eine Blende vorgesehen wird, mit der in Abhängigkeit des Regelsignales schnell der Durchflussquer- schnitt in dem Frischlufteinlass verändert wird Der Druckgradient (F; ;i) innerhalb des Fahrgastraumes lässt sich in Abhängigkeit der Gaskonstante Ruder Temperatur Ti in dem Fahrgastraum, dem Volumen Vi des Fahrgastraumes sowie dem Luftdurchfluss w beim Frischlufteinlass (in) bzw. beim Luftauslass (out) darstellen als: @@@ . RTi (1) p1 = - in - wout) Es ist ersichtlich, dass cer Druckgradient verzögerungslos gekoppelt ist mit der Differenz der eintretenden bzw. ausretenden Luftdurchflussmengen. Da diese abhängig sind von cem Querschnitt der jeweiligen Ein- bzw. Auslässe sowie der Luftgeschwindigkeit, kann der Druckgradient auch in Abhängig- keit von den Luftgeschwindigkeiten v am Frischlufteinlass (in) und Luftauslass (out) dargestellt werden. Bei konstanter Innentemperatur des Fahrgastraumes kann in der obigen Formel (1) der Ausdruck vor der Klammer als Konstante angenommen werden. Dam t gilt (2) Pl = C1 (Vin - C2 vout) C1 und C2 sind Konstanten, wobei in C1 der Ausdruck vorder Klammer in der obigen Formel 1 enthalten ist. Der Betrag des Druckgradient pl (/P2/) soll einen Maximalwert EMI4.1 nicht überschreiten. Dieser Maximal- wert entspricht einem Druckgradienten, der von den Fahrgästen ohne wesentliche Einbusse des Fahrkomforts noch ertragen wird. Damit kann ein Sollwert für die Luftgeschwindigkeit vin,soll durch den Frischlufteinlass wie folgt definiert werden EMI4.2 bzw. daraus zu EMI4.3 Aus diesen Beziehungen ist ersichtlich, dass der Druckgradient im Fahrgastinnenraum am schnellsten durch eine Beeinflussung der Luftgeschwindigkeit am Frischlufteinlass in Abhängigkeit von der Luftgeschwindigkeit am Luftauslass stabilisiert werden kann, wobei diese Geschwindigkeiten vin undvoutvom äusseren, sich unter Umständen schnell ändernden Druck pout abhängen. Die Erfindung ist in einem Ausführungsbeispiel anhand der einzigen Figur näher erläutert, in der das Regelsystem zur Regelung des Innendruckes in einem Fahrgastraum eines Schienenfahrzeuges schematisch dargestellt ist, Mit 1 ist in dieser Darstellung ein Fahrgastraum eines Schienenfahrzeuges bezeichnet, dessen Innendruck Pi möglichst konstant bzw. dessen Druckgradient Pi auf Null bzw. minimale, den Fahrtcomfort nicht störende, Werte geregelt werden sollen. In den Fahrgastraum 1 mündet eine Frischlufteinlassleitung 2, in der ein Klimagerät 3 zur Klimatisierung und Belüftung des Innenraumes angeordnet ist. Aus dem Fahrgastraum 1 münden mehrere Luftauslässe 4, von denen hier nur zwei gezeigt sind. Der Aussendruck ausserhalb des Fahrgastraumes des Schienenfahr zuges ist mit PoUt bezeichnet. In den Luftauslässen 4 sind federgestützte Rückschlagklappen 5 vorgesehen, die dann, wenn der Aussendurck Pout plötzlich ansteigt, die Luftauslässe 4 verschliessen, so dass diese Druckstösse nicht oder nur abgeschwächt in den Fahrgastraum 1 gelangen. Stromabwärts vom Klimagerät 3 ist in dem Frischlufteinlass 2 eine Blende 6 vorgesehen, mit der der Querschnitt des Frischlufteinlasses 2 verstellt werden kann. Die Blende 6 wird durch einen hier nur angedeuteten Motor 7 betätigt. In dem Frischlufteinlass 2 und in einem aer Luftauslässe 4 sind Geschwindigkeitssensoren 8 bzw. 9 vorgesehen, rt denen die Luftgeschwindigkeiten vin bzw. vout der durch den Frischlufteinlass 2 bzw. durch den Luftauslass 4 strömenden Luft ge messen werden. Der Sensor 8 zur Messung von v. ist zwischen in Blende 6 und Klimagerät angeordnet. Zwischen diese Sen- sor 8 und dem Klimagerät 3 ist noch eine Abblasleitung 10 vorgesehen, die durch eine federgestützte Überströmklappe 11 nach aussen normalerweise abgeschlossen ist. Zur Messung der Luftgeschwindigkeit out in den Luftaus- lässen genügt eine repräsentative Geschwindigkeitsmessung in einem der Luftauslässe, um ein Mass für die Grösse des Luftausflusses aus dem Fahrgastraum zu erhalten. Die Ausgangssignale vin bzw. vout der Geschwindigkeitssensoren 8 bzw. 9 werden einem Regler 12 zugeführt, der durch einen einfachen Mikroprozessor realisiert werden kann. In diesem Mikroprozessor werden die Ausgangssignale der beiden Ge- schwindigkeitssensoren gemäss den oben angegebenen Gleichungen so behandelt, dass entsprechend obiger Formel (4) ein Sollwert Vin, soll für die Lufteintrittsgeschwindigkeit als Funktion der Luftaustrittsgeschwindigkeit Vout ermittelt wird. Dies geschieht in einem Funktionsgenerator 13, der in der Figur als separates Teil dargestellt ist, auch wenn ebenso wie die folgenden Elemente alle diese Teile bzw. Elemente in den Mikroprozessor 6 integriert sind. Im vorliegenden Fall wurde 1pimax1 = 0 angenommen. Das Ausgangssignal des Funktionsgenerators 13, d.h. der kommandierte Sollwert für die LufteinlaBgeschwindigkeit vin, soll wird ebenso wie das Ausgangssignal in des Geschwindigkeitssensors 8 in dem Frischlufteinlass einem Differenzglied 14 zugeführt, wo aus diesen beiden Grössen ein Differenzsignal gebildet wird. Dieses Differenzsignal wird einem Anpassglied 15 zugeführt, das in Abhängigkeit der Differenz zwischen v. und vin soll einen Querschnitt F in in,soll für die Blende 6 festlegt. Aus der Figur ist ersichtlich, dass hier eine lineare Abhangigkeit vorliegt, und dass dann, wenn v. gleich Vin,soll ist, die Blende einen mittleren in Querschnitt des Frischlufteinlasses freigibt und diesen je nach Verlauf des Regelsignales mehr oder minder öffnet bzw. verschliesst. Das Stellsignal FBlende dieses Anpassgliedes wird dem Motor 7 zugeführt, der die Blende 6 entsprechend verstellt. Sollte bei dieser Verstellunq der Blende der Querschnitt des Frischlufteinlasses stark verkleinert oder gar auf Null gesetzt werden, so muss dafür Sorge getragen werden, dass das Klimagerät 3, welches üblicherweise ein Gebläse enthält, nicht gegen einen zu hohen Widerstand arbeiten muss. Zu diesem Zweck ist die erwähnte Abblasleitung 10 vorgesehen. Wird der Widerstand in dem Frischlufteinlass zwischen Klimagerät 3 und Blende 6 zu hoch, so wird die Uberströmklappe 11 gegen die Federkraft geöffnet, und das Klimagerät kann ohne Uberlastung überflüssige Luft nach aussen abblasen. Die Wirkungsweise des dargestellten Systems bei einer Begegnung von zwe: Zügen bzw. bei einer Tunneldurchfahrt ist wie folgt: Bei einer derartigen Begegnung erhöht sich derAussendruck schlagartig, wodurch sich ebenso schlagartig die Luftausslassgeschwindigkeit vout verringert. Der Funktionsgenerator 13 in dem Mikroprozessor 6 kommandiert sofort einen niedrigeren Sollwert vin,soll. Dieser Wert wird mit der tatsächlichen Luftgeschwindigkeit vin im Frischlufteinlass verglichen, der vom Klimagerät kommt und durch den erhöhten Aussendruck POut möglicherweise leicht ansteigt. Das Differenzsignal v - v. verschiebt sich daher in Rich In in tung auf negative Werte. Das Anpassglied 15, ebenfalls ein Funktionsgenerator innerhalb des Mikroprozessors 6, liefert demgemäss ein Signal, das eine kleinere Blendenfläche komman- aiert. Der Motor 7 verstellt die Blende 6 demnach so, bis dieser neue Werft ereicht ist, so dass der Querschnitt ces Frischlufteinlasses 2 verringert wird. Damit wird auch die effektive Luftmenge, die in den Fahrgastraum 1 durch den Frischlufteinlass einströmt, durch Reduzierung der Blendenfläche und damit der Luftgeschwindigkeit der durch den Druck- stoss kleiner gewordenen Luftaustrittsgeschwindigkeit Vout so schnell angepasst, dass eine merkliche Druckänderung Pl in dem Fahrgastraum 1 gar nicht auftreten kann. Sind die Änderungen des Aussendruckes out so gross, dass sich eine Geschwindigkeits- umkehr in den Luftauslässen 4 ergibt, so treten die dort installierten Rückschlagklappen 5 in Aktion, die die Luftauslässe so lange verschliessen, so lange der Druckumkehreffekt anhält. Wird in einem solchen Falle die Blende 3 vollständig geschlossen7 so wird, wie oben erwähnt, die vom Klimagerät strömende Luft durch die Abblasleitung 10 über die Rückschlagklappe 11 nach aussen abgeblasen Dies hat den Vorteil, dass das Klimagerät selbst nicht beeinflusst werden muss, sondern im schonenden Dauerbetrieb gelassen werden kann. Insgesamt können mit einem derartigen System auch sehr rasche änderungen des Druckes im Fahrgastraum so schnell auskompensiert werden, dass die Fahrgäste diese äusseren Druckschwankungen praktisch nicht wahrnehmen.

Claims: Einrichtung zur Belüftung und Klimatisierung von Fahrgast räumen in Schienenfahrzeugen P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Einrichtung zur Belüftung und Klimatisierung von Fahr gasträumen in Schienenfahrzeugen mit Hilfe einer Klim2- anlage, die einen Frischlufteinlass in den Fahrgastraum und zumindest einen Luftauslass aus dem Fahrgastraum auf weist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Regelung des Fahr- gastraum-Innendurcks (Pi) ein Regler (12) vorgesehen ist, dass im Frischlufteinlass (2) und in zumindest einem Lut- aus lass (4) jeweils Sensoren (8, 9) angeordnet sind, die Ausgangssignale (vin, Vout) in Abhängigkeit der durch den Frischlufteinlass (2) ezw. durch den Luftauslass (4) strömenden Luftdurchflussmengen (win, wout) abgeben, dass ein Sollwertgeber (13) vorgesehen ist, dem das Aus gangssignal (vout) des Sensors (9) im Luftauslass (4) zugeführt ist und der einen von diesem Ausgangssignal abhängigen Sollwert (vin,soll) für die durch den Frisch lufteinlass (2) strömende Luftdurchflussmenge liefert, dass der Ausgang des Sollwertgebers (13) und derjenige des Sensors (9) im Frischlufteinlass (2) mit einem Differenzgliec (14) zur Bildung eines Stellsignales (FBlende) verbunden sind, und dass mit dem Ausgang dieses Differenzgliedes (14) als Stellglied (6, 7) in dem Luft einlass (6) eine dessen Durchflussouerschnitt verändernde Blende (6) vorgesehen ist. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (8, 9) Geschwindigkeitssensoren zur Messung der Lufteintritts- bzw. Luftaustrittsgeschwindigkeiten (vin, Vout) sind, und dass der Sollwertgeber (13) als Sollwert eine Soll-Luftgeschwindigkeit (vin,soll) für die Luft eintrittsgeschwindigkeit im Lufteinlass (2) liefert. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert (vin, soll) linear von dem Ausgangs signal (vout) des Sensors (9) im Luftauslass (4) abhängt, wobei negative Sollwerte ausgeschlossen sind. 4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass das Differenzglied (14) mit einem Anpassglied (15) verbunden ist, dass das vom Diffe renzglied abgegebene Regelsignal (vin,soll - vin) in ein um einen Mittelwert nach beiden Seiten linear ver laufendes Stellsignal (FBlende) für den Durchflussquer- schnitt der Blende (6) umwandelt. 5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass zur Verstellung der Blende (6) ein mit dem Stellsignal beaufschlagbarer Motor (7) vor gesehen ist. 6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass die Blende (6) in dem Frisch lufteinlass (2) stromabwärts von dem Sensor (8) angeordnet ist. 7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass in den Luftauslässen (4) gegen Druckstösse von aussen wirkende Rückschlagklappen (5) vor gesehen sind. 8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass im Frischlufteinlass (2) strom aufwärts vom Sensor (8) zwischen diesem und einem Klima gerät (3) der Klimaanlage eine Abblasleltung (10) vor gesehen ist, die durch ein Uberströmventil (11) abge schlossen ist.

Inventors: CHRISTIAN, GUNTHER, DR., Christian, Günther, Dr.
Applicants: MESSERSCHMITT-BOLKOW-BLOHM GESELLSCHAFT MIT BESCHRANKTER HAFTUNG
Application year: 1984
Main classification: B61D27
IPC codes: G05D16, B61D27, B60H1