DE6606723U - COOLING SYSTEM FOR DRIVE SYSTEMS, IN PARTICULAR FOR RAIL VEHICLES. - Google Patents

Description

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ap/A 2766 Voith Getriebe KGap / A 2766 Voith Getriebe KG

Kennwort: "Zwischengebläse" Heidenheim (Brenz)Password: "Intermediate blower" Heidenheim (Brenz)

Kühlanlage für Antriebsanlagen, insbesondere für Schienenfahrzeuge Cooling system for propulsion systems, in particular for rail vehicles driving

Die Erfindung betrifft eine Kühlanlage für Antriebsanlagen,, insbesondere von Schienenfahrzeugen mit an wenigstens zwei getrennten Stellen anfallender und durch je einen separaten Flüssigkeitskreislauf abzuführender Wärme mit Je einem durch einen Ventilator gekühlten Flüssigkeits-Gas-Wärmetauscher mit einem Temperaturniveauunterschied von wenigstens 20⁰C.The invention relates to a cooling system for drive systems, in particular for rail vehicles, with heat generated at at least two separate points and each to be dissipated by a separate liquid circuit, each with a liquid-gas heat exchanger cooled by a fan with a temperature level difference of at least 20 ^° C.

Solche Kühlanlagen werden in Dieselmotor-getriebenen Lokomotiven benötigt, wo z.B. die komprimierte und erwärmte Ladeluft und das Kühlwasser des Dieselmotors rückgekühlt werden müssen. Es wäre zunächst naheliegend, die Kühlelemente des einen Wärmetauschers mit einem Ventilator zu einer Kühlanlage zusammenzufassen und die des anderen Wärmetauschers in einer anderen Kühlanlage anzuordnen. Diese Anordnung funktioniert zwar zufriedenstellend, doch ist die Unterbringung von zwei Kühlanlagen in Bezug auf die Platzausnutzung auf der Lokomotive, was im Zuge der Entwicklung zu immer höheren auf der Lokomotive installierten Antriebsleistungen mehr und mehr zu einem dringenden Erfordernis wird, im Bauraum zu groß, d.h. die Lokomotive würde zu lang werden.Such cooling systems are required in diesel engine-driven locomotives, where e.g. the compressed and heated charge air and the The cooling water of the diesel engine must be recooled. It would initially be obvious to use the cooling elements of one heat exchanger to combine with a fan to form a cooling system and to arrange that of the other heat exchanger in another cooling system. Although this arrangement works satisfactorily, the placement of two refrigeration systems is in relation to the Use of space on the locomotive, which in the course of development leads to ever higher drive powers installed on the locomotive It is becoming more and more an urgent requirement that the installation space is too large, i.e. the locomotive would be too long.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung anzugeben, bei der eine Kühlanlage der eingangs erwähnten Art auch unter beengten Platzverhältnissen unterzubringen ist. Diese Aufgabe wird durch die kombinierte Anwendung der einzeln an sich bekannten Merkmale gelöst:The object of the invention is to provide an arrangement in which a cooling system of the type mentioned at the outset is also in a confined space Space is to be accommodated. This task is achieved through the combined application of the individually known characteristics solved:

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a) Beiden Wärmetauschern ist ein gemeinsamer Ventilator zugeordnet; a) A common fan is assigned to both heat exchangers;

b) Der Wärmetauscher des Kühlkreislaufes mit dem höheren Temperaturniveau ist auf der Druckseite des Axialventilators undb) The heat exchanger of the cooling circuit with the higher temperature level is on the pressure side of the axial fan and

c) der Wärmetauscher ojss Kühlkreislaufes mit dem niedrigeren Temperaturniveau ist auf der Saugseite des Axialventilators angeordnet.c) the heat exchanger ojss cooling circuit with the lower temperature level is arranged on the suction side of the axial fan.

d) Wenigstens die Wärmetauscher auf der Druckseite sind derart ausgebildet, daß der Widerstand der Kühlluft beim Durchtritt durch dessen Lamellen mehr als 5o mm WS beträgt.d) At least the heat exchangers on the pressure side are designed in such a way that the resistance of the cooling air when it passes through its lamellas are more than 50 mm WS.

Es ist zwar bereits bekannt, im Luftstrom sowohl vor als auch hinter einem Ventilator zu kühlende Elemente anzuordnen (DAS 1 I5I 270). Hierbei handelt es sich um die Kühlelemente eines Transformatoröl-KUhlers im Saugstrom und die Bremswiderstandselemente im Abluftr strom eines Axialventilators in der Kühlanlage einer elektrischen Lokomotive. Dabei handelt es sich also um die Anordnung von Bremswiderstandselementen, die bis zu etwa 500⁰C erreichen , im Strom einer schon erwärmten , und zwar beispielsweise auf 100⁰C erwärmten Luft zu Kühlzwecken. Eine Anordnung von Wärmetauschern, die zwei verschiedenen KühlflUssigkeitskreisläufen angehören, vor und hinter einem Ventilator, ist dadurch noch nicht nahegelegt. Die ^US-Patentschrift 2 I85 964 zeigt zwar auch sowohl auf der Saugwie auf der Druckseite eines Axialventilators angeordnete Kühlelemente. Doch hierbei gehören die Kühlelemente alle einem Kreislauf zu, und zwar ist zur Erzielung einer intensiven Kühlung das Prinzip des Gegenstroms angewandt. Die Anordnung in der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Art von zwei Flüssigkeits-Gas-Wärmetauschern, die zwei verschiedenen Kühlmittelkreisläufen zugenören,, hat man in den genannten Fällen, sowie auch sonst bisher stets vermieden.It is already known to arrange elements to be cooled in the air flow both in front of and behind a fan (DAS 1 I5I 270). These are the cooling elements of a transformer oil cooler in the suction flow and the braking resistor elements in the exhaust air flow of an axial fan in the cooling system of an electric locomotive. This is the arrangement of braking resistor elements, which reach up to about 500 ^° C., in the flow of an air that has already been heated, for example, to 100 ^° C. for cooling purposes. An arrangement of heat exchangers that belong to two different cooling liquid circuits, in front of and behind a fan, is not yet suggested. ^ US Pat. No. 2,185,964 also shows cooling elements arranged on both the suction and the pressure side of an axial fan. In this case, however, the cooling elements all belong to a circuit, namely the countercurrent principle is used to achieve intensive cooling. The arrangement in the above-described type according to the invention of two liquid-gas heat exchangers, which belong to two different coolant circuits, has always been avoided in the cases mentioned, as well as otherwise.

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Der Erfinder hat die Vorteile einer solchen Anordnung erkannt und gibt erstmals die technische Lehre dafür. Der Vorteil gegenüber Kühlanlagen herkömmlicher Bauart ist der der besseren Platzausnutzung auf der Lokomotive bei gleicher Kühlleistung. Eei den üblichen Abmessungen der Kühlelemente und der Ventilatoren müßte bei einer DoppelanOrdnung vun Kühlanlagen - Destehend je aus Wärmetauscher und Ventilator - diese auf der Lokomotive in Fahrtrichtung hintereinander angeordnet werden. Dadurch, daß für beide Wärmetauscher derselbe Ventilator, d.h. derselbe Kühlluftstrom benutzt wird, verringert sich der Platzbedarf dieser Kühlanlage auf etwa die Hälfte bis zwei Drittel des Platzbedarfes einer Doppelanordnung. Dadurch, daß nun zwei verschiedene Sätze von Kühlelementen sowie ein Ventilator innerhalb des Fahrprofils der Lokomotive oberhalb des Lokomotivrahmens angeordnet \verden müssen, rücken die Wärmetauscher zwar näher an den Ventilator heran. Dieses Heranrücken der Wärmetauscher an den Ventilator hat man bisher nach Möglichkeit vermieden^ insbesondere dann, wenn die Wärmetauscher auf der Druckseite angeordnet werden sollten. Man ist nämlich bestrebt, einen im Außendurchmesser möglichst kleinen Axialventilator zu verwenden, d.h. der Luftstrom ist im Durchmesser beim Ventilatoraustritt kleiner als die in Luftströmungsrichtung projizierte Fläche der Kühlelemente. Diese dadurch notwendig werdende Erweiterung des Querschnittes des Luftstrcmes kann normalerweise nicht auf einer beliebig kurzen Strecke erfolgen, da sonst nicht alle Flächenteile des Wärmetauschers in gleichem Maße von der Kühlluft durchströmt werden. Die Erfindung vermeidet dieses Nachteil, indem sie wenigstens auf der Druckseite solche Wärmetauscher vorsieht, deren Lamellen einen Durchtrittswiderstand für die Kühlluft von wenigstens 50 mm WS aufweisen. Dadurch üben die Lamellen auf die Geschwindigkeitsverteilung über den Strömungsquerschnitt eine ausgleichende Wirkung aus, d.h. die Kühlelemente wirken als sogenannter Strömungsgleichrichter. Damit die Dachrundung der Lokomotive auch noch für den Unterbringungsraum der Kühlanlage ausgenützt werden kann, lassen sich die Kühlelemente dank ihrer Gleichrichterwirkung auch geneigtThe inventor has recognized the advantages of such an arrangement and is the first to provide the technical teaching for it. The advantage over Conventional cooling systems are designed to make better use of space on the locomotive with the same cooling capacity. Eei the The usual dimensions of the cooling elements and the fans would have to consist of a double arrangement of cooling systems - each consisting of Heat exchanger and fan - these are arranged one behind the other on the locomotive in the direction of travel. By doing that for both Heat exchanger using the same fan, i.e. the same flow of cooling air, the space required for this cooling system is reduced to about half to two thirds of the space required for a double arrangement. Because now two different sentences of cooling elements and a fan are arranged within the driving profile of the locomotive above the locomotive frame the heat exchangers move closer to the fan. This brings the heat exchanger closer to the fan has hitherto been avoided as far as possible ^ especially if the Heat exchangers should be placed on the pressure side. The aim is to have an outer diameter that is as small as possible Axial fan should be used, i.e. the diameter of the air flow at the fan outlet is smaller than that in the air flow direction projected area of the cooling elements. This expansion of the cross-section of the air flow, which becomes necessary as a result normally cannot be carried out over an arbitrarily short distance, otherwise not all surface parts of the heat exchanger in the same way Dimensions are flowed through by the cooling air. The invention avoids this disadvantage by at least on the pressure side provides heat exchangers whose fins have a passage resistance for the cooling air of at least 50 mm water column. As a result, the lamellae have a balancing effect on the speed distribution across the flow cross-section off, i.e. the cooling elements act as so-called flow straighteners. So that the rounded roof of the locomotive also works for the Accommodation space of the cooling system can be used, the cooling elements can also be inclined thanks to their rectifying effect

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und seitlich vers&tzt gegenüber der Ventilatorachse paarweise anordnen. Damit der Ventilator in dem eingeengten Raum zwischen den Wärmetauschern roch untergebracht werden kann und gleichzeitig die nötige Drucksteigerung zum Fördern dar Luft erbringt, ist vorgesehen, daß der Axialventilator während des Betriebes eine möglichst hohe Umfangsgeschwindigkeit von z.B. etwa 80 bis 120 m/sec. und ein Nabenverhältnis von etwa 0,5 bis 0,7 aufweist.and laterally offset in pairs in relation to the fan axis arrange. So that the fan can be accommodated in the narrow space between the heat exchangers and smelled at the same time the pressure increase required to convey the air provides, it is provided that the axial fan has the highest possible circumferential speed of e.g. about 80 to 120 m / sec. and a hub ratio of about 0.5 to 0.7.

! Ein weiterer Vorteil der Kühlanlage gemäß der Erfindung ist! Another advantage of the cooling system according to the invention is

! ihre geringe GerMusehentwicklung. Dies hat seinen Grund In! their low GerMuseh development. There is a reason for this

! der gut<?n geräuschdämpfenden Abschirmung des Ventilators nach! the good sound-absorbing shielding of the fan

\ außen durch die allseits angeordneten Kühlelemente. \ on the outside thanks to the cooling elements arranged on all sides.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist an Hand der Zeichnung erläutert. Die Figur zeigt einen Querschnitt durch ein Schienentriebfahrzeug auf der Höhe der Kühlanlage. An embodiment of the invention is based on the drawing explained. The figure shows a cross section through a rail locomotive at the level of the cooling system.

Darin ist der Axialventilator 1 dargestellt mit einer Nabe 2, einem Vorleitrad 3 und einem Laufrad 4. Die Laufradachse ist in der Nabe 2 gelagert und wird von dem auf dem Lokomotivrahmen 7 befestigten Winkelgetriebe 5 aus über die Kardanwelle 6 angetrieben. Der Ventilator fördert in der Richtung der Pfeiler An den Seitenwänden 8 des Fahrzeuges sind paarweise Kühlelemente 9 und 10 angeordnet. Die Seitenwände weisen an den entsprechenden Stellen eine Jalousie 11 zum Eintritt der Kühlluft auf. Die Kühlelemente 9 und 10 liegen im Saugstrom des Ventilators und werden zuerst von der Luft durchströmt. Dabei erwärmt sich die Luft beispielsweise von außen 30⁰C auf innen 40°C. Dies ist eine Temperatursteigerung der Kühlluft, wie sie z.B. im äußeren Wärmetauscher des Ladeluftkuhlkreislaufes schneilaufender Groß-Dieselmotoren üblich ist. Selbst bei tropischen Außentemperaturen wird der Luftstrom nicht mehr als 50° C im Innern der Kühlanlage haben. Diese Temperatur ist ausreichend niedrig, um noch die Flüssigkeit die durch die Kühlelemente 12 und 13 des druckseitig angeordneten Wärmetauschers zu kühlen. Durch diese KühlelementeThis shows the axial fan 1 with a hub 2, a guide wheel 3 and an impeller 4. The impeller axle is mounted in the hub 2 and is driven by the angular gear 5 attached to the locomotive frame 7 via the cardan shaft 6. The fan promotes in the direction of the pillars. Cooling elements 9 and 10 are arranged in pairs on the side walls 8 of the vehicle. The side walls have a blind 11 at the appropriate points for the entry of the cooling air. The cooling elements 9 and 10 are located in the suction flow of the fan and are first flowed through by the air. In this case, the air is heated from the outside, for example 30 ⁰ C on the inside 40 ° C. This is an increase in the temperature of the cooling air, as is customary, for example, in the external heat exchanger of the charge air cooling circuit of high-speed diesel engines. Even with tropical outside temperatures, the air flow will not have more than 50 ° C inside the cooling system. This temperature is sufficiently low to still cool the liquid in the heat exchanger arranged by the cooling elements 12 and 13 of the pressure side. Through these cooling elements

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fließt beispielsweise das Kühlwasser der Zylinder und der Zylin»- derköpfe des Dieselmotors, -welches eine Beharrungstemperatur von 85 bis maximal 100° C annehmen kann. Die erwärmte Luft entweicht durch die Jalousien 14 und I5, die in dem gerundeten Dach l6 angebracht sind.
& For example, the cooling water of the cylinders and the cylinder heads of the diesel engine flows, which can assume a steady-state temperature of 85 to a maximum of 100 ° C. The heated air escapes through the blinds 14 and 15, which are mounted in the rounded roof 16.
&

Heidenheim, den ^O. Juni 196?
PÖ/HKnHeidenheim, the ^ O. June 196?
PÖ / HKn

I II. I.

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Claims (2)

RA. 37S il79*-C-7.67 ap/A 2766 Voith Getriebe KG. ansprücheRA. 37S il79 * -C-7.67 ap / A 2766 Voith Getriebe KG. Expectations 1. Kühlanlage für Antriebsanlagen, insbesondere von Schienenfahrzeugen mit an wenigstens zwei getrennten Stellen anfallender und durch Je einen separaten Flüssigkeitskreislauf abzuführender Wärme mit je einem durch einen Ventilator gekühlten Flüssigkeits-Gas-Wärmetauscher mit einem Temperaturniveauunterschied von wenigstens 20 C, gekennzeichnet durch die Kombination der einzeln an sich bekannten Merkmales1. Cooling system for drive systems, in particular for rail vehicles with accumulating in at least two separate places and each to be discharged through a separate liquid circuit Heat with one liquid-gas heat exchanger each, cooled by a fan, with a temperature level difference of at least 20 C, characterized by the combination of the individually known features a) Beiden Wärmetauschern (9*10 und 12,13) ist ein gemeinsamer Ventilator (1) zugeordnet,a) Both heat exchangers (9 * 10 and 12,13) have one in common Assigned to fan (1), b) der Wärmetauscher (12,1^) des Kühlkreislaufes mit dem höheren Temperaturniveau ist auf der Druckseite des Axialventilators uxrtib) the heat exchanger (12,1 ^) of the cooling circuit with the higher The temperature level is uxrti on the pressure side of the axial fan c) der Wärmetauscher (9>1O) des Kühlkreislaufes mit dem niedrigeren Temperaturniveau ist auf der Saugseite des Axialventilators angeordnet,c) the heat exchanger (9> 1O) of the cooling circuit with the lower one The temperature level is arranged on the suction side of the axial fan, d) die Wärmetauscher (12,12) auf der Druckseite sind derart ausgelegt, daß der V/iderstand der Kühlluft beim Durchtritt durch dessen Lamellen mehr als 50 mm V/S beträgt.d) the heat exchangers (12, 12) on the pressure side are of this type designed so that the V / resistance of the cooling air when passing through its lamellas is more than 50 mm V / S. 2. Kühlanlage nach Anspruch 1 für Schienenfahrzeuge, bei der die beiden Wärmetauscher Jeweils in wenigstens zwei Kühlelemente aufgeteilt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlelemente (12, Ij5) des druckseiten Wärmetauschers geneigt und2. Cooling system according to claim 1 for rail vehicles, in which the two heat exchangers are each in at least two cooling elements are divided, characterized in that the cooling elements (12, Ij5) of the pressure-side heat exchanger are inclined and 660672326.11.70660672326.11.70 -2--2- seltlich versetzt zur Ventilatorachse paarweise in der Dachrundung des Fahrzeuges und die Kühlelemente (9*10) des saugseitigen Wärmetauschers wenigstens angenähert parallel zu den Seitenwänden (8) und in derenNähe beidseitig des Fahrzeugs angeordnet sind.Strangely offset to the fan axis in pairs in the Rounding of the roof of the vehicle and the cooling elements (9 * 10) of the suction-side heat exchanger at least approximately parallel to the side walls (8) and in their vicinity on both sides of the vehicle. Kühlanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügelspitzen des Rotors (4) des Axialventilatcrs (1) während des Betriebes eine Umfangsgeschwindigkeit von 80 bis 120 m/sec haben und der Axialventilator ein Nabenverhältnis von 0,5 bis 0,7 aufweist.Cooling system according to claim 2, characterized in that the wing tips of the rotor (4) of the axial fan (1) a peripheral speed of 80 to 120 m / sec and the axial fan has a hub ratio of 0.5 to 0.7. Heidenheim (Brenz), den 20. Juni I967 Pö/HKnHeidenheim (Brenz), June 20, 1967 Pö / HKn 6606723 26.11.706606723 11/26/70