DE3314854A1 - Verfahren zur erzeugung von gekuehlter klimatisierungsluft fuer die fahrerkabine einer grubenlokomotive und grubenlokomotive mit einer anordnung zur erzeugung der klimatisierungsluft - Google Patents
Verfahren zur erzeugung von gekuehlter klimatisierungsluft fuer die fahrerkabine einer grubenlokomotive und grubenlokomotive mit einer anordnung zur erzeugung der klimatisierungsluftInfo
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Description
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- Bezeichnung: Verfahren zur Erzeugung von gekühlter Klima-
- tisierungsluft für die Fahrerkabine einer Gruben lokomotive und Grubenlokomotive mit einer Anordnung zur Erzeugung der Klimatisierunysluft Bezeichnung: Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von gekühlter Klimatisierungsluft für die Fahrerkabine einer Grubenlokomotive.
- Im Hinblick auf verbesserte Arbeitsbedingungen ist man seit geraumer Zeit dazu übergegangen, auch bei Grubenlokomotiven für die Fahrerkabine eine Klimatisierung durch Zuführung gekühlter Luft in die Kabine vorzusehen. Dies wurde bisher in der Weise bewerkstelligt, wie beispielsweise in der DE-OS 27 50 314 beschrieben, daß die in die Fahrerkabine einzuleitende Luft mit Hilfe eines koinpressorgetriebenen Kühlaggregates oder auch mit Hilfe eines über die Ausnutzung der Abgasenergie betriebenen Verdampferkühlaggregates abgekühlt wurde. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die herkömmlichen Kühlaggregate den rauhen Einsatzbedingungen des untertagebetriebes nicht standhielten.
- Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, das bei einfachem Aufbau komplizierte Zusatzaggregate vermeidet.
- Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Klimatisierungsluft selbst verdichtet, gekühlt, danach mittels einer Entspannungsstrecke, vorzugsweise einer entsprechend einer Laval-Düse geformten Entspannungsstrecke etwa auf den Umgebungsdruck entspannt und dann der Fahrerkabine als Klimatisierungsluft zugeleitet wird. Dieses Verfahren nutzt das an sich bekannte Prinzip aus, daß verdichtete Luft durch Druckabsenkung abgekühlt werden kann.
- Um in einem kontinuierlichen Verfahren die bei der Verdichtung entstehende Wärme laufend abzuführen, wird die verdichtete Luft durch einen dem Verdichter nachgeschalteten Wärmetauscher vor der Entspannung vorzugsweise etwa auf die Umgebungstemperatur abgekühlt, so daß nach der Entspannung der Fahrerkabine ausreichend gekühlte Klimatisierungsluft zugeführt werden kann. Hierbei wird für den Untertagebetrieb mit Vorteil ausgenutzt, aß die Umgebungsluft etwa 300 C aufweist, und daß für die crforderlichen Klimatisierungsluftmengen eine Verdichtung um etwa 0,2 bar ausreicht, was eine Temperaturerhöhung auf etwa 420 C zur Folge hat, so daß durch die nachfolgende Kühlung mit der Umgebungsluft und durch die Entspannung der verdichteten Luft eine Temperaturabsenkung auf etwa 200 C der in die Fahrerkabine eintretenden Klimatisierungsluft erreicht werden kann. Ein derartiges Verfahren verlangt nur wenige, praktisch wartungsfreie Bauteile und ermöglicht somit einen einwandfreien störungsfreien Betrieb auch unter den rauhen Arbeitsbedingungen unter Tage.
- Die Verdichtung der Klimatisierungsluft kann nun in unterschiedlicher Weise erfolgen. Tn einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist ür eine lokomotive mit Diese motor vorgesehen, daß bei T,okstilAstand und Betrieb des Dieselmotors im Stantigas wnigstcs ein Zylinder des Dieselmotors als Luftv d ichter arbeitet und verdichtete Klimatisierungsluft liefert. Diese Verfahrensweise ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn entsprechend einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung im Normalbetrieb die Verdichtung der Klimatisierungsluft über einen Turboverdichter erfolgt, wobei gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung als Antriebsenergie für den Turboverdichter die Motorenabgase verwendet werden, die eine Abgasturbine antreiben. Hierdurch ist es möglich, den für die Klimatisierung erforderlichen Energiebedarf im Normalbetrieb,ausschließlich aus "Abfallenerie" zu decken und lediglich bei Lokstill stand im Standgasbetrieb die Verdichtungsenergie unmittelbar vom Motor abzugreifen.
- Für den Normalbetrieb, bei dem die Verdichtung mit Hilfe eines Turboverdichters erfolgt, der über eine Abgasturbine angetrieben wird, ist es in Ausgestaltung der Erfindung zweckmäßig, die Klimatisierungsluft zumindest zum Teil im Kreislauf über Verdichter, Kühler, Entspannungsstrecke und Fahrerkabine zu führen, so daß mit Vorteil der Umstand ausyenutzt werden kann, daß die Temperatur der aus der Fahrerkabine abgezogenen T,uft noch unterhalb der Umgebungstemperatur liegt.
- Die Erfindung betrifft ferner eine Grubenlokomotive mit einer Anordnung zur Erzeugung von gekühlter Luft zur Xlimatisierung der Fahrerkabine entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren. Erfindungsgemäß ist hierzu vorgesehen, daß zur Erzeugung der Klimatisierungsluft ein Verdichter vorgesehen ist, dem in Strömungsrichtung der Luft gesehen, ein Luftkühler und eine Entspannungsstrecke nach Art einer Laval-Düse nachgeordnet sind.
- In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist hierbei vorgesehen, daß der Luftkühler für die Klimatisierungsluft mit der Umgebungsluft als Kühlluft beaufschlagt wird.
- Dies kann mit Hilfe eines dem Luftkühler zugeordneten Ventilators erfolgen oder aber gemäß einer zweckmäßigen weiteren Ausgestaltung der Erfindung in der Weise, daß der Luftkühler für die Klimatisicrunsluft in der Ansaugleitung eines Turbolüfters liegt, der druckseitig den Motorkühler beaufschlagt. Da der Turbolüfter zur Kühlung des Motorkühlers verhältnismäßig groß dimensioniert werden muß um einen großen Kühlluftstrom zur ausreichenden Kühlung des Motors mit niedrigem Druck zu fördern, reduziert sich der apparative Aufwand für die Kühlung der Klimatisierungsluft, da die hier aus dem Luftkühler des'Klimatisierungskreislaufes abzuführende Wärmemenge im Verhältnis zu der im Motorkühler abzuführenden Wärmemenge verhältnismässig gering ist und so keine Nachteile für die Motorkühlung nach auftreten.
- In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß bei einer Lokomotive mit Dieselmotor wenigstens ein Zylinder das Motors als Luftverdichter arbeitet und mit dem Luftküh 1er für die Klimatisierungsluftverbindbar ist. Zweckmäßigerweise wird diese Anordnung so geschaltet, daß der Motor als Luftverdichter nur bei Lokstillstand arbeitet. Im Normalbetrieb wird die entsprechende Zuleitung zum Luftkühler abgesperrt.
- Für den Normalbetrieb ist in einer zweckmäßigen Ausgestallt der Erfindung als Luftverdichter ein Turboverdichter vorge sehen. Der Turboverdichter ist in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung mit einer Abgasturbine als Antrieb gekoppelt. Aufgrund der geForderten Luftmengenverhältnisse und Druckverhältnisse, d.h. der verhältnismäßig geringen Luftmenge bei hohem Druck für die Klimatisierungs luft und einer verhältnismäßig bloßen Luftmenge bei geringem Druck für die Beaufschlagung von Luftkühler und Motorkühler ist es möglich, daß der vom Motor erzeugte Abgasstrom je zur Hälfte die Abgasturbine des Turboverdichters der Klimatisierungs1tlft und die Abt3astu3-bine des Turbolüfters der Motorkühlun(3 antreibt.
- In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß die Jntspannungsstrecke lait einer Vielzahl von Eintrittsschlitzen im Bereich der Rückwand der Fahrerkabine in Verbindung steht, und daß diese im Randbereich der Kabinenwandung angeordnet sind. Durch diese Art der Einführung der Klimatisierungsluft in die Fahrerkabine ergibt sich eine praktisch zugfreie Kühlung der Kabinenatmosphäre.
- Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 schematisch den Temperaturverlauf bei der Erzeugung der klimatisierten Luft, Fig. 2 schematisch den Aufbau des Aggregates zur Durchführung des Verfahrens nach Fig. 1, Fiq. 3 die Anordnung der Klimatisierungseinrichtung in einer dieselgetriebenen Grubenlokomotive, Schaltung für Normalbetrieb, Fig. 4 die Anordnung gemäß Fig. 3 in einer Schaltung zur Erzeugung kurzzeitiger Spitzenleistungen der Grubenlokomotive, Fig. 5 eine Schaltung zur Erzeugung von klimatisierter Luft bei Lokstillstand, Fig. 6 eine perspektivische Ansicht einer Fahrerkabine mit Eintrittsschlitzen für die Klimatisierungsluft.
- Für das schematische Beispiel gemäß Fig. 1 ist davon ausgegangen, daß die Umgebungsluft, in der die Grubenlokomotive betrieben wird, etwa 30° C beträgt. Wird nun über einen Luftverdichter die Luft von 1 bar auf 1,20 bar komprimiert, so steigt die Temperatur der verdichteten Luft auf etwa 420 C an. Die Verdichtung der Luft wird, wie in dem Schemabild gemäß Fig. 1 angedeutet, zweckmäßigerweise mit Hilfe eines Turboverdichters verdichtet, so daß hier ein kontinuierlicher Luftstrom erzeugt wird, der eine einwandfreie, stoßfreie Entspannung gewährleistet.
- Wie in Fig. 2 schematisch angedeutet, besteht' das "Kälteaggregat" aus einem Luftverdichter 1, zweckmäßigerweise einem Turboverdichter, einem Luftwärmetauscher 2, der hier nur schematisch dargestellt ist und der zweckmäßigerweise mit einem aus der Umgebungsluft abgezogenen Kühl luftstrom 3 beaufschlagt wird. An den Luftwärmetauscher 2 schließt sich eine Entspannungsstrecke 4 an, die in Längsrichtung nach Art einer Laval-Düse ausgebildet ist, und deren Austrittsende mit der zu klimatisierenden Fahrerkabine verbunden ist.
- In Fig. 3 ist in einem Schemabild die gesamte Anordnung in einer Grubenlokomotive in der Schaltung für den Fahrbetriet dargestellt. Von der Abgasleitung 5 eines Dieselmotors 6 ist eine Leitung 7 abgezweigt, die an eine Abgasturbine 8 angeschlossen ist. Hinter der Abgasturbine 8 ist die Abgasleitung über ein Abgaswärmetauscher 9 geführt.
- Mit der Abgasturbine 8 ist ein Turboverdichter 10 verbunden der druckseitig über eine Leitung 11 mit dem Luftwärmetauscher 2 und der nachgeschalteten Entspannungsstrecke 4 verbunden ist, die ggf. unter Zwischenschaltung eines Schalldämpfers 12 in die Fahrerkabine 13 einmündet. Die in die Fahrerkabine 13 eingeführte, klinatisierte Luft wird im Bodenbereich über eine Leitúng 14 abgezogen und im Kreislauf über eine Leitung 15, in die ein Filter 16 eingeschal- tet ist, saugseitig <1cm Turboverdichter 10 wieder zugeführt. Zum Betrieb d, Abgasturbine 8 wird etwa die Hälfte der im Motor 6 anfal 1 enden Abgase verwendet. Zur VerEcilung der Abgasmengen ist in den von den einzelnen Zylindern des Motors 6 kommenden Abgas leitungen 5 jeweils ein Ventil 32 angeordnet, so daß hier eine entsprechende Aufteilung der Abgaströa,xe erfolgen kann.
- Die andere Hälfte des anfallenden Abgasstromes wird über eine Leitung 17 einer weiteren Abgasturbine 18 zugeführt, von der sie über eine Leitung 19 zum Abgaswärmetauscher 9 geleitet wird.
- Mit der Abgasturbine 18 ist ein Turbolüfter 20 verbunden, dessen saugseitige Zuleitung 21 mit dem Luftkühler 2 des Klimatisierungssystems verbunden ist, so daß die vom Turbolüfter 20 angesaugte Luft den Luftkühler 2 als Kühlluft beauf schlagt. Die Druckseite des Turbolüfters 20 beaufschlagt nacheinander zunächst den Motorwärmetauscher 22 und dann den Abgaswärmetaus<'her 9. Sowohl die Abgase als auch die Kühlluft aus dem Abgaswärmetauscher 9 werden ins Freie abgeblasen.
- Der Turboverdichter 10 des Ausführungsbeispiels ist so ausgelegt, daß er eine ,örderleistung von etwa 500 m3/h besitzt und eine Pressung v<:n 1,20 bar erzeugt. Der Turbolüfter 20 ist so ausgelegt, dß er eine Förderleistung von etwa 4600 m³/h aufweist und eine Pressung von 1,02 bar erzeugt.
- Die im System auftretenden Prozeßtemperaturen sind an den jeweiligen Betriebstellen des Schaubilds gemäß Fig. 3 abzulesen. Die jeweils "in Betrieb" befindlichen Leitungen sind stark ausgezeichnet, die Funktion der übrigen Leitungen wird anhand der Fig. 4 und 5 nachstehend näher beschrieben, wobei die Schaltungsanordnung der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 3 entspricht. In den Fig. 4 und 5 sind jeweils die bei der betreffenden Betriebsstellung beaufschlagten Leitungen wieder in einer dicken Linie ausgezogen.
- Die Schaltung gemäß Fig. 4 zeigt eine weitere vorteilhafte Möglichkeit des Klimatisierungssystems, die es nämlich erlaubt, im Fahrbetrieb kurzzeitigc Spitzenleistungen aufzubringen. Hierzu werden die Ventile 32 so umgeschaltet, daß der gesamte Abgasstrom über die Leitung 7 der Abgtsturbine 8 zugeführt wird. Der Turboverdichter 10 erzeugt dann eine Pressung von 1,42 bar. Die geförderte Luftmenge wird wiederum über den Luftwärmetauscher 2 geführt. Durch ein Ventil 23 ist jedoch die Entspannungsstrecke 4 des Klimatisierungssystems abgesperrt, so daß die gesamte Luftmenge über die Leitung 24 als aufgeladene Luft dem Motor 6 zugeführt werden kann. Kurzfristig wird somit also die Klimatisierung der Fahrerkabine 13 augeschaltet.
- Der aus dem Turboverdichter 8 austretende Abgasstrom wird über eine Zweigleitung 25 der Abgasturbine 18 zugeleitet, die wiederum den Kühlluftstrom zur Kühlung von Motorwärmetauscher 22, Abgaswärmetauscher 9 sowie Luftwärmetauscher 2 fördert.
- In Fig. 5 ist eine Schaltung dargestellt, die auch bei Lok stillstand, wenn der Dieselmotor im Standgas läuft, eine Klimatisierung der Fahrerkabine ermöglicht. Bei dieser Anordnung wird über zwei zusätzliche Ventile 26 in den Abgas leitungen 5 von zwei Zylindern des Motors 6 die Abgasleitung vollständig gesperrt, wobei die Einspritzpumpe so geschaltet ist, daß in diese beiden Zylinder kein Kraftstoff eingespritzt wird. Diese beiden Zylinder wirken dann als Kolbenkompressoren. Die hierdurch verdichtete Luft wird über eine Leitung 27 wiederum dem Luftwärmetauscher 2 zugeführt und von diesem über die Entspannungsstrecke 4 in die Fahrerkabine 13 als Kühlluft eingeblasen. Bei dieser Schaltung wird eine Luftmenge von etwa 45m³/h mit einer Tem peratur von etwa 1150 C unter einem Druck von 2,0 bar über den Luftwärmetausc1Ier 2 und die Entspannungsstrecke 4 geführt.
- Die Abgasmenge der beiden noch als Motor arbeitenden Zylinder wird wiederum d(l- Abgasturbine 18 zugeführt, die mit entsprechend reduzierter Luftmenge sowohl den Motorwärmetauscher 22 und den Abgaskühler 9 als auch den Luftwärmetauscher 2 beaufschlagt.
- Die schematisch-perspektivische Darstellung eines Führerhauses 1 3 einer Grubenlokomotive mit geöffnetem Einstieg zeigt die Zuführung der Kühlluft in die Fahrerkabine. Hierzu sind in der Rückwand 28 und zwar im Randbereich,eine Vielzahl von Schlitzen 29 angeordnet, die als Zuführungsöffnungen für die gekühlte Klimatisierungsluft dienen.
- Die Schlitze 29 sind sowohl im Bereich der Seitenwände als auch im Bereich des Kabinendaches angeordnet. Unterhalb des Fahrersi1zes 30 sind Ansaugöffnungen 31 angeordnet, die mit der T>;tung 14 (Fig. 3) in Verbindung stehen und über die die verbrauchte Kabinenluft im Kreislauf wieder zum Klimatisierungsluftverdichter zurückgeführt wird. Diese Anordnung gewährleistet eine einwandfreie und praktisch zugfreie Zllfi,llrlmg der gekühlten Klimatisierungsluft zur Fahrerkabine.
- - Leerseite -
Claims (14)
- Bezeichnung: Verfahren zur Erzeugung von gekühlter Klimatisierungsluft für die Fahrerkabine einer Grubenlokomotive und Grubenlokomotive mit einer Anordnung zur Erzeugung der Klimatisierungsluft Ansprüche: W Verfahren zur Erzeugung von gekühlter Klimatisierungsluft für die Fahrerkabine einer Grubenlokomotive, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Klimatisierungsluft verdichtet, gekühlt, danach mittels einer Entspannungsstrecke, vorzugsweise entsprechend einer Laval-Düse geformten Entspannungsstrecke etwa auf den Umgebungsdruck entspannt und dann der Fahrerkabine als Klimatisierungsluft zugeleitet wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlung der verdichteten Klimatisierungsluft über einen Wärmetauscher durch Umgebungsluft erfolgt.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 für eine Lokomotive mit Dieselmotor, dadurch gekennzeichnet, daß bei Lokstillstand und Betrieb des Dieselmotors im Standgas wenigstens ein Zylinder des Dieselmotors als Luftverdichter arbeitet und verdichtete Klimatisierungsluft liefert.
- 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichtung der Klimatisierungsluft über einen Turboverdichter erfolgt.
- 5. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Antriebsenergie für den Turboverdichter die Motorenabgase verwendet werden.
- 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Klimatisierungsluft zumindest zum Teil im Kreislauf über Verdichter, Kühler, Entspannungsstrecke und Fahrerkabine geführt wird.
- 7. Grubenlokomotive mit einer Anordnung zur Erzeugung von gekühlter Luft zur Klimatisierung der Fahrerkabine nach dem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Klimatisierungsluft ein Luftverdichter (6, 10) vorgesehen ist, dem in Strömungsrichtung der Luft gesehen, ein Luftwärmetauscher (2) und eine Entspannungsstrecke (4) nach Art einer Laval-Düse nachgeordnet sind.
- 8. Grubenlokomotive nach Anspruch-7, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftwärmetauscher (2) für die Klimatisierungsluft mit der Umgebungsluft als Kühlluft beaufschlagt ist.
- 9. Grubenlokomotive nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftwämetauscher (2) für die Klimatisierungsluft in der Ansaugleitung (21) eines Turbolüfters (20) liegt, der druckseitig den Motorkühler (22) beaufschlagt.
- 10. Grubenlokomotive nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Lokomotive mit Dieselmotor wenigstens ein Zylinder des Motors (6) als Luftverdichter arbeitet und mit dem l.uftwärmetausc,her (2) für die Klimatisierungsluft verbunden ist.
- 11. Grubenlokomotive nach Anspruch 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Luftverdichter ein Turboverdichter (10) vorgesehen ist.
- 12. Grubenlokomotive nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Turboverdichter (10) mit einer Abgasturbine (8) als Antrieb gekoppelt ist.
- 13. Grubenlokomotive nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Turbolüfter (20) mit einer eigenen Abgasturbine (19) als Antrieb verbunden ist.
- 14. Grubenlokomotive nach Anspruch 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Entspannungsstrecke (4) mit einer Vielzahl von Eintrittsschlitzen (29) im Bereich der Rückwand(28) der Fahrerkabine (13) in Verbindung steht und daß diese im Randbereich der Kabinenrückwand (28) angeordnet sind.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |