EP3659892A1 - Vorrichtung zur wärmeabfuhr für ein schienenfahrzeug und schienenfahrzeug - Google Patents
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- EP3659892A1 EP3659892A1 EP19206808.8A EP19206808A EP3659892A1 EP 3659892 A1 EP3659892 A1 EP 3659892A1 EP 19206808 A EP19206808 A EP 19206808A EP 3659892 A1 EP3659892 A1 EP 3659892A1
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Definitions
- the present invention relates to a device for heat dissipation for a rail vehicle and a rail vehicle.
- Rail vehicles have a large number of electronic components, which are housed in cabinets or containers and involve a certain power loss and radiate heat. In order to ensure reliable operation of such components, it is usually necessary to provide cooling and to dissipate the heat radiated by the electronic components. As a rule, fire protection regulations and, if necessary, filter systems for the cooling air must also be taken into account in order to provide safe heat dissipation.
- a device for heat dissipation for a rail vehicle comprises a car body with a space-limiting wall, which comprises a plurality of separate air channels, a first air channel having an inlet opening and a second air channel having an outlet opening and the first air channel being fluidly coupled to one another with the inlet opening and the second air channel to the outlet opening.
- the device also has an electronics container, which is designed to hold electronic components for the rail vehicle and is coupled to the wall.
- the electronics container has an outlet opening and an inlet opening, the outlet opening being fluidly coupled to the inlet opening of the wall and the inlet opening to the outlet opening of the wall.
- the electronics container, the air duct with the inlet opening and the air duct with the outlet opening form a self-contained flow circuit.
- the device further comprises a fan unit which is coupled to the electronics container and / or to the wall. The fan unit is set up to form an air flow in the flow circuit.
- a safe, reliable and inexpensive heat dissipation of heated air is possible by means of the described construction of the device.
- the device uses elongated cavities and the air volumes therein to enable efficient heat dissipation. It is particularly suitable for use in a rail vehicle, which generally has a plurality of car bodies with extruded profiles which have such unused cavities.
- the device described enables efficient cooling of electronic components of a rail vehicle will be realized. This can contribute to the safe and cost-effective operation of the rail vehicle.
- an increasing number of electronic components such as electronic controls, train protection systems or components for data processing, are required, which are housed in an electronic container, for example a cabinet or a container.
- an electronic container for example a cabinet or a container.
- cabinets and containers serve to protect the electronic components from external influences, for example in relation to moisture or electromagnetic compatibility.
- Such a cabinet or container is installed, for example, in the rail vehicle, on a roof or in an underfloor.
- the electronic components also include electrical and electromechanical components which generally require sufficient cooling or heat dissipation in order to be able to ensure proper functioning.
- Cooling by convection of electronics located in cabinets or containers can, for example, take place reliably up to a total power loss of about 500 W.
- the radiated heat energy can still be given off sufficiently well via free convection on the outside of the cabinet or the container.
- the risk of hot spots or local heat spots is relatively high. Such can lead to limitations in the service life and may also result in an emergency shutdown of the electronic components.
- Cooling by means of a mass flow enables heat to be removed from electronic cabinets or containers at power loss densities of around 500 W - 1300 W.
- air intake from the passenger compartment, the driver's cab or the environment is required, which carries the risk of carrying contaminants. Additional filter systems and their maintenance are required and lead to a more complex structure and higher costs.
- the air used for cooling for example, must not be blown out into the passenger compartment, so that concepts for further extraction must be provided.
- Fire protection requirements can also not be met without special constructions, for example to reliably and reliably close existing openings in the event of a fire.
- Cooling by means of a separate heat exchanger enables heat to be dissipated in the case of loss-tight electronic cabinets and containers with outputs of around 1000 W.
- the internal air does not come into contact with the surroundings, but an external part of the heat exchanger leads to contamination, so that there is an increased need for maintenance.
- An additional space requirement for the heat exchanger is also required.
- the device described enables efficient, inexpensive and environmentally friendly heat dissipation. It uses a car body and the separated cavities served as a heat exchanger. In this way, a simple, safe and reliable heat dissipation can be realized and an increase in the service life of the electronic components arranged in the electronics container can be contributed.
- the electronics container of the device forms, for example in the form of a cabinet or a container, a structure encapsulated by the environment for electronic components to be arranged therein, so that, for example, with regard to fire protection requirements, little or no effort is required.
- An expanded encapsulated structure can be realized by means of the device, so that the self-contained flow circuit and the air flow that can be generated therein are separated from the environment. Therefore, any smoke that may occur due to electronic damage is limited to this closed flow circuit and, for example, separated from an interior of a car of a rail vehicle.
- the requirements due to fire protection regulations are therefore low, so that furthermore a particularly inexpensive heat dissipation is made.
- a car body as a heat exchanger provides a relatively large area for heat dissipation, in particular since a conventional car body in an integral construction made of aluminum has a large number of unused cavities which can be used specifically for a heat-dissipating air flow by means of the device described.
- a car body has, for example in the floor area, an elongated extruded profile which has large cavities and corresponding air volumes. These cavities form a respective air channel through stabilizing Partitions are fluidically decoupled from one another.
- the air channels are used and preferably a large number are selectively fluidly connected to one another in order to form a long continuous air channel and to enable efficient heat emission. Measures to filter the air or with regard to fire protection regulations are omitted.
- the first air duct with the inlet opening and the second air duct with the outlet opening realize one and the same air duct within the wall.
- Such an embodiment with an elongated air duct which for example has the inlet opening at one end and the outlet opening at the other end, is suitable, for example, in the case of a suitably designed and arranged electronics container which, for example, in the form of a narrow cabinet above the air duct in one Interior of the car body is arranged.
- the air duct with the inlet opening and the air duct with the outlet opening each form a separate air duct within the wall.
- the separate air channels can be formed directly adjacent to one another and separated from one another by means of a wall, the separating wall having an opening which forms the fluidic coupling between the adjacent air channels.
- the separate air channels can be spaced apart and can be coupled to one another by means of a fluidic bridge.
- the device comprises a bridge element, which is the fluid coupling between the air duct with the inlet opening and the air duct with the outlet opening.
- a bridge element can be implemented, for example, as a pipe connection or as a hose, which forms a bridge channel and connects the air channels to one another in terms of fluid technology.
- the air channels each have a corresponding coupling opening, which can also be referred to as an inlet opening or outlet opening in relation to an operationally provided air flow.
- the device comprises a plurality of air channels with a respective inlet opening and a respective outlet opening, which are fluidly coupled to one another, and a plurality of bridge elements, each of which a bridge element has a respective fluid-technical coupling between two air channels of the plurality of air channels trains.
- the electronics container has at one end in the bottom an opening which is fluidly coupled as an outlet from the electronics container to the inlet opening of a first air duct.
- the first air duct has an outlet opening spaced as far apart as possible from the inlet opening, which is fluidly connected to an inlet opening of a second air duct.
- the second air duct has an outlet opening, which is fluidly coupled to an inlet opening of the electronics container, which for Example is formed at another end in the bottom of the electronics container.
- a self-contained flow circuit is thus formed within the electronics container and the car body.
- Air is preferably sucked in from the electronics cabinet in an upper area based on an operational arrangement of the electronics container on or in the car body.
- a bridge channel can ensure that the sucked-in air flows back to the cabinet or electronics container.
- the described mode of operation of the device can also be implemented for underfloor components or on a roof of the car body.
- Implementation is also possible for end wall cupboards, since the end walls of a conventional car body usually also have drawn hollow profiles made of aluminum, which, with the air volumes located therein, enable useful heat dissipation.
- an energy input by solar radiation may have to be taken into account.
- the device could have a shadow-providing element in order to provide appropriate shading.
- the wall comprises an extruded profile element which has the plurality of separate air ducts and which forms at least part of a floor, an end wall, a roof or a side wall of the car body.
- the device comprises a further fan unit which is coupled to the electronics container and / or to the wall and which is set up for this purpose is to create an air flow in the flow circuit.
- Air circulation can be forced by means of a respective fan unit and can contribute to efficient heat dissipation.
- a particularly reliable and stable air flow can be formed within the closed circuit from the electronics container and the wall of the car body. It can also contribute to lower noise emissions.
- One fan unit is arranged, for example, in the first coupling interface between the electronics container and the wall, which forms the fluidic output from the electronics container, and the other fan unit is arranged in the second coupling interface, which forms the fluidic input back into the electronics container.
- a fan unit or, in addition, a further fan unit can be arranged within the bridge element, if one is provided.
- a fan unit within such a bridge duct can possibly be more easily accessible and enable simple maintenance or a simple replacement of the fan unit.
- a tolerable, installed power loss in an encapsulated electronics cabinet or container can be significantly increased by means of the described device.
- an additional power loss of 50 W / m can be dissipated in a simple loop with two air ducts each a few meters long.
- the possible heat emission is thus significantly improved and, moreover, the electronic components remain encapsulated in the electronics container, so that there is no contamination in operational conditions comes from outside or outside.
- the heat dissipation principle that can be implemented by the device can be implemented on the roof, in an underfloor, on the side walls or the end walls of the car body, provided that the respective space-defining wall has corresponding cavities, such as that of an extruded hollow profile.
- the device enables simple, time-saving and inexpensive maintenance as well as reduced noise emissions.
- the device can thus be easily retrofitted into existing vehicle systems and can be retrofitted in vehicles with an integral construction with little manufacturing effort.
- Figure 1 shows a schematic side view of a rail vehicle 1 with a device 10, which comprises an electronics container 15 for receiving electronic components of the rail vehicle 1 and a space-limiting wall 11, which in the exemplary embodiment shown is a floor trains a body of the rail vehicle 1.
- the device 10 enables safe, reliable and inexpensive heat dissipation of heated air from the electronics container 15.
- the electronics container 15 is, for example, a cabinet or a container in which electronic components for a train operation of the rail vehicle 1 are arranged. Such electronic components include, for example, electronic controls, train protection systems, components for data processing and / or further electrical and / or electromechanical components.
- the electronics container 15 serves to protect the electronic components from external influences.
- the electronics container 15 can, as in the Figures 1 and 2 Illustrated represent a cabinet in an interior 22 of the car body on a side wall or an end wall. Alternatively, the electronics container 15 is arranged, for example, as a container in or under a floor 12 or on a roof of the car body.
- Figure 2 shows a sectional view of the device 10 in a plane perpendicular to an elongate direction of extension of the car body.
- the device 10 for heat dissipation for the rail vehicle 1 has the car body with the space-limiting wall 11, which comprises a plurality of separate air channels 19, an air channel 19 having an inlet opening 162 and an air channel 19 having an outlet opening 182.
- the air duct 19 with the inlet opening 162 and the air duct 19 with the outlet opening 182 are fluidly coupled to one another.
- the device 10 furthermore has the electronics container 15, which is coupled to the wall 11 and which has an outlet opening 161 and an inlet opening 181, the outlet opening 161 with the inlet opening 162 of one air duct 19 and the inlet opening 181 with the outlet opening 182 further Air duct 19 are fluidly coupled so that the electronics container 15, the air duct 19 with the inlet opening 162 and the air duct 19 with the outlet opening 182 form a self-contained flow circuit.
- the device 10 also includes a fan unit 17 which is coupled to the electronics container 15 and / or to the wall 11 and which is set up to form an air flow in the flow circuit.
- the device 10 uses elongated cavities and the air volumes located therein to enable efficient heat dissipation and is particularly suitable for use in the rail vehicle 1, which generally has a plurality of car bodies with such cavities.
- the wall 11 of the car body has an extruded profile element 13 which comprises the plurality of air channels 19, which are usually separated from one another in terms of fluid technology by stabilizing partition walls.
- an insulation is arranged between the electronics container 15 and the extruded profile element 13, which forms or also forms a floor 12 of the car body.
- an efficient cooling of electronic components in the electronics container 15 can be realized and thereby contribute to a safe, inexpensive and environmentally friendly operation of the rail vehicle 1.
- a suction opening 14 is preferably provided in an upper region of the electronics container 15 and is connected in terms of flow technology to the outlet opening 161 of the electronics container 15.
- terms such as “above”, “below”, “above”, “below” refer to an operational and ready-to-use state of the rail vehicle 1 or the device 10.
- Arrows indicate a direction of flow of the air flow generated by the fan unit 17 indicated in the closed flow circuit.
- the air heated by the operation of the electronic components in the electronic container 15 is sucked in through the suction opening 14 and flows through the outlet opening 161, through the base 12 and through the inlet opening 162 into the air duct 19.
- the sucked-in air flows through the air duct 19 and through the fluidic coupling to the further air duct 19 in this and through the associated outlet opening 182, through the floor 12, through the inlet opening 181 past the fan unit 17 back into the electronics container 15.
- the heated air gives heat to the Environment and flows back cooled in the electronics container 15th
- Figure 3 shows the device 10 in a perspective view, which for example is a view of a part of the in Figure 2 represented elements represented.
- the electronics container 15 is coupled to the extruded profile element 13. Air flow directions are indicated by narrow arrows, while heat dissipation is indicated by broadly illustrated arrows.
- the fluidic coupling of two air channels 19 is realized by a bridge element 20, which, for example, on an upper side of the extruded profile element 13 is arranged, which would face the interior 22 of the car body in an operational state.
- the bridge element 20 has, for example, a hose and / or a tube which is fluidically coupled to corresponding openings in the respective air channels 19 and forms a fluidic bridge channel.
- An arrangement of such a bridge element 20 on an upper side of the wall 11 or the extruded profile element 13 enables easy access and therefore contributes to low-maintenance maintenance.
- the device 10 can be integrated into existing train systems in a simple and inexpensive manner and can be retrofitted in the corresponding car bodies.
- a conventional car body forms a skeleton of a train compartment of the rail vehicle 1 as a shell construction and generally has an elongated extension of a few meters with respect to an intended direction of travel. Accordingly, the air channels 19, which usually also extend in the longitudinal direction, have a length of a few meters.
- an air duct 19 has a length of 5 m, so that a maximum possible flow path there and back is 10 m. This means that an area of approx. 2.5 m 2 can be used for heat dissipation. Due to a high flow rate, which can be achieved by appropriate configuration of the fan unit 17, heat emission is even more efficient based on a larger heat transfer coefficient.
- An estimated pressure drop depending on the geometry of the car body is, for example, about 250 Pa and can be achieved by means of a simple diagonal fan with a sufficient volume flow easy to deal with. A possible heat energy output thereby increases from an estimated 500 W to approximately 750 W, the electronic components in the electronics container 15 being reliably and securely encapsulated by the surroundings.
- the device 10 can be used to dissipate heat of approximately 50 W per meter of car length by implementing the flow circuit with a simple loop back and forth in two air channels 19. If several loops are introduced, this value can be multiplied be (cf. Figure 5B ).
- FIGS. 4A and 4B show a further embodiment of the device 10, in which a bridge element 20 is arranged in the interior 22 of the car body.
- Figure 4A shows a sectional view with an indicated flow circuit and
- Figure 4B illustrates a schematic top view.
- the electronics container 15 is coupled as a container in an underfloor or below the extruded profile element 13 to the car body.
- the heated air enters a first air channel 191 and flows to the bridge element 20.
- the bridge element 20 the already cooler air flows into a second air channel 192 back to the electronics container 15 and reaches it in a heated state through the outlet opening 182 of the second air duct 192 and the inlet opening 181.
- the first air duct 191 has the inlet opening 162 and, in coupling with the bridge element 20, an outlet opening which is in fluid communication with the inlet opening of the second air duct 192 through the bridge duct.
- the first and second air channels 191, 192 thus have a respective inlet and outlet opening, so that essentially With four through openings in the car body, the electronics container 15 and the bridge element 20, a flow circuit is made possible by a relatively large unused air volume.
- the bridge element 20 realizes a separate component, which can form a bridge channel between two air channels 19 at a suitable position.
- the bridge element 20 is as in FIGS Figures 4A and 4B illustrated, arranged on an upper side of the extruded profile element 13.
- the bridge element 20 can also be coupled below or at the end to the extruded profile element 13.
- FIGS. 5A and 5B show a further embodiment of the device 10, in which a plurality of bridge elements 201, 202, 203 are arranged in the interior 22 of the car body and connect a plurality of air ducts 191, 192, 193, 194 with one another in terms of fluid technology.
- Figure 5A shows a sectional view with indicated flow directions and Figure 5B illustrates a schematic top view.
- the heated air enters a first air duct 191 and flows to a first bridge element 201.
- the already cooler air flows through the first bridge element 201 into a second air duct 192 to a second bridge element 202 and through this into a third air duct 193 to a third bridge element 203.
- the cooled air flows further into a fourth air duct 194 of the extruded profile element 13 back to the electronics container 15 and passes through the outlet opening 182 of the fourth air duct 194 and the inlet opening 181 of the Electronics container 15 in this.
- the air channels 191-194 thus each have a respective inlet and outlet opening and, together with the bridge elements 201-203, form a long and large-volume flow circuit for the efficient dissipation of heat which was generated by the operation of the electronic components in the electronics container 15.
- a tolerable, installed power loss in the encapsulated electronics container 15 can therefore be increased and reliably dissipated by means of the described device 10.
- a simple loop see Figure 4B
- a heat dissipation of approximately 50 W / m can be achieved in relation to conventional geometries of a car body with an extruded profile element 13. Heat emission is therefore improved and, moreover, the electronic components remain encapsulated in the electronics container 15, so that no contamination occurs from outside to inside and from inside to outside.
- the principle for heat dissipation implemented by means of the device 10 can also be used on the roof, the underfloor, the side walls and the end walls, provided that these have corresponding air channels 19.
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Abstract
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wärmeabfuhr für ein Schienenfahrzeug und ein Schienenfahrzeug.
- Schienenfahrzeuge weisen eine Vielzahl von elektronischen Komponenten auf, die in Schränken oder Containern untergebracht sind und eine gewisse Verlustleistung mit sich bringen und Wärme abstrahlen. Um einen zuverlässigen Betrieb solcher Komponenten zu gewährleisten, ist es üblicherweise erforderlich, eine Kühlung vorzusehen und die durch die elektronischen Komponenten abgestrahlte Wärme abzuführen. Dabei sind in der Regel Brandschutzbestimmungen und gegebenenfalls auch Filtersysteme für die Kühlungsluft mit zu berücksichtigen, um eine sichere Wärmeabfuhr bereitzustellen.
- Es ist eine Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, eine Vorrichtung zur Wärmeabfuhr für ein Schienenfahrzeug und ein Schienenfahrzeug zu schaffen, die bzw. das jeweils eine sichere, zuverlässige und kostengünstige Wärmeabfuhr von erwärmter Luft ermöglicht.
- Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung bzw. ein Schienenfahrzeug mit den Merkmalen des jeweils betreffenden unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Vorrichtung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
- Gemäß einem ersten Aspekt umfasst eine Vorrichtung zur Wärmeabfuhr für ein Schienenfahrzeug einen Wagenkasten mit einer raumbegrenzenden Wandung, die eine Mehrzahl von separaten Luftkanälen umfasst, wobei ein erster Luftkanal eine Eintrittsöffnung und ein zweiter Luftkanal eine Austrittsöffnung aufweist und der erste Luftkanal mit der Eintrittsöffnung und der zweite Luftkanal mit der Austrittsöffnung fluidtechnisch miteinander gekoppelt sind.
- Die Vorrichtung weist ferner einen Elektronikbehälter auf, der zur Aufnahme von elektronischen Komponenten für das Schienenfahrzeug ausgebildet und mit der Wandung gekoppelt ist. Der Elektronikbehälter weist eine Ausgangsöffnung und eine Eingangsöffnung auf, wobei die Ausgangsöffnung mit der Eintrittsöffnung der Wandung und die Eingangsöffnung mit der Austrittsöffnung der Wandung fluidtechnisch gekoppelt sind. Der Elektronikbehälter, der Luftkanal mit der Eintrittsöffnung und der Luftkanal mit der Austrittsöffnung bilden einen in sich geschlossenen Strömungskreislauf. Die Vorrichtung umfasst weiter eine Lüftereinheit, die mit dem Elektronikbehälter und/oder mit der Wandung gekoppelt ist. Die Lüftereinheit ist dazu eingerichtet, eine Luftströmung in dem Strömungskreislauf auszubilden.
- Mittels des beschriebenen Aufbaus der Vorrichtung ist eine sichere, zuverlässige und kostengünstige Wärmeabfuhr von erwärmter Luft möglich. Die Vorrichtung nutzt langerstreckte Hohlräume und die darin befindlichen Luftvolumina, um eine effiziente Wärmeabfuhr zu ermöglichen. Sie ist insbesondere für den Einsatz in einem Schienenfahrzeug geeignet, welches in der Regel eine Mehrzahl von Wagenkästen mit Strangpressprofilen aufweist, die solche ungenutzten Hohlräume aufweisen. Mittels der beschriebenen Vorrichtung kann eine effiziente Kühlung von elektronischen Komponenten eines Schienenfahrzeugs realisiert werden. Dies kann zu einem sicheren und kostengünstigen Betrieb des Schienenfahrzeugs beigetragen.
- Für einen reibungslosen Zugbetrieb wird eine zunehmende Anzahl an elektronischen Komponenten, wie elektronische Steuerungen, Zugsicherungen oder Komponenten zur Datenverarbeitung benötigt, die in einem Elektronikbehälter, beispielsweise ein Schrank oder ein Container, untergebracht sind. In einem Schienenfahrzeug dienen solche Schränke und Container zum Schutz der elektronischen Komponenten vor äußeren Einflüssen, beispielsweise in Bezug auf Nässe oder elektromagnetische Verträglichkeit. Ein solcher Schrank oder Container ist zum Beispiel in dem Schienenfahrzeug, auf einem Dach oder in einem Unterflur eingebaut.
- Auch wenn elektronische Bauteile weiterentwickelt werden und stets weniger Verlustleistung erzeugen, sprich deren individuelle Effizienz verbessert wird, führt der zunehmende Einsatz von elektronischen Komponenten dazu, dass eine absolute Gesamtverlustleistung der elektronischen Bauteile zusammen genommen dennoch steigt. Die elektronischen Komponenten umfassen in vorliegendem Zusammenhang auch elektrische und elektromechanische Komponenten, die in der Regel einer ausreichenden Kühlung oder Entwärmung bedürfen, um eine jeweilige ordnungsgemäße Funktion sicherstellen zu können.
- Eine Kühlung mittels Konvektion von in Schränken oder Containern befindlicher Elektronik kann beispielsweise bis etwa 500 W Gesamtverlustleistung zuverlässig erfolgen. Die abgestrahlte Wärmeenergie kann dabei noch ausreichend gut über freie Konvektion an Außenseiten des Schranks oder des Containers abgeben werden. Allerdings ist die Gefahr der Bildung von Hotspots oder lokalen Hitzestellen relativ hoch. Solche können zu Einschränkungen der Lebensdauer führen und unter Umständen auch eine Notabschaltung der elektronischen Komponenten nach sich ziehen.
- Eine Kühlung mittels eines Massenstroms ermöglicht das Abführen von Wärme aus Elektronikschränken oder -containern bei Verlustleistungsdichten von etwa 500 W - 1300 W. Allerdings wird eine Luftansaugung aus dem Fahrgastraum, dem Führerstand oder der Umgebung benötigt, welche das Risiko birgt, Verunreinigungen mitzuführen. Zusätzliche Filtersysteme und deren Wartung sind erforderlich und führen zu einem komplexeren Aufbau und zu höheren Kosten. Außerdem darf die zur Kühlung verwendete Luft zum Beispiel nicht in den Fahrgastraum ausgeblasen werden, sodass Konzepte zur weiteren Absaugung vorgesehen werden müssen. Auch Anforderungen an den Brandschutz sind nicht ohne spezielle Konstruktionen sicherzustellen, um beispielsweise in einem Brandfall vorhandene Öffnungen sicher und zuverlässig zu verschließen. Darüber hinaus ist durch Luftöffnungen eine erhöhte Lärmbelästigung für Fahrgäste und Fahrer eines Schienenfahrzeugs gegeben.
- Eine Kühlung mittels eines separaten Wärmetauschers ermöglicht eine Wärmeabfuhr bei verlustleistungsdichten Elektronikschränken und- containern mit Leistungen von etwa 1000 W. Die interne Luft gerät nicht in Berührung mit der Umgebung, jedoch führt ein außen befindlicher Teil des Wärmetauschers zu Verschmutzungen, sodass ein erhöhter Wartungsbedarf besteht. Zudem wird ein zusätzlicher Platzbedarf für den Wärmetauscher benötigt.
- Mittels der beschriebenen Vorrichtung wird eine effiziente, kostengünstige und umweltschonende Wärmeabfuhr ermöglicht. Sie bedient sich eines Wagenkastens und der darin befindlichen, separierten Hohlräume als Wärmetauscher bedient. Auf diese Weise kann eine einfache, sichere und zuverlässige Wärmeabfuhr realisiert werden und zu einer Erhöhung der Lebensdauer der in dem Elektronikbehälter angeordneten elektronischen Komponenten beigetragen werden.
- Der Elektronikbehälter der Vorrichtung bildet, beispielsweise in Form eines Schranks oder eines Containers, einen von der Umgebung gekapselten Aufbau für darin anzuordnende elektronische Komponenten, sodass zum Beispiel hinsichtlich brandschutztechnischer Vorgaben kein oder nur ein relativ geringer Aufwand zu betreiben ist. Mittels der Vorrichtung ist ein erweiterter gekapselter Aufbau realisierbar, sodass der in sich geschlossene Strömungskreislauf und die darin erzeugbare Luftströmung von der Umgebung separiert sind. Daher ist auch eine gegebenenfalls auftretende Rauchentwicklung aufgrund eines Elektronikschadens auf diesen geschlossenen Strömungskreislauf beschränkt und zum Beispiel von einem Innenraum eines Wagens eines Schienenfahrzeugs abgetrennt. Anforderungen aufgrund von Brandschutzbestimmungen sind daher gering, sodass weiter zu einer besonders kostengünstigen Wärmeabfuhr beigetragen wird.
- Eine Verwendung eines Wagenkastens als Wärmetauscher stellt eine relativ große Fläche zur Wärmeabgabe bereit, insbesondere da ein konventioneller Wagenkasten in Integralbauweise aus Aluminium eine Vielzahl von ungenutzten Hohlräumen aufweist, die mittels der beschriebenen Vorrichtung gezielt für eine wärmeabführende Luftströmung genutzt werden können. Ein solcher Wagenkasten weist, beispielsweise im Bodenbereich, ein länglich erstreckendes Strangpressprofil auf, das große Hohlräume und entsprechende Luftvolumina besitzt. Diese Hohlräume bilden einen jeweiligen Luftkanal, die durch stabilisierende Trennwände voneinander fluidtechnisch entkoppelt sind. Mittels der Vorrichtung werden die Luftkanäle genutzt und vorzugsweise in einer hohen Anzahl gezielt fluidtechnisch miteinander verbunden, um einen langen durchgehenden Luftkanal auszubilden und eine effiziente Wärmeabgabe zu ermöglichen. Maßnahmen zum Filtern der Luft oder hinsichtlich Brandschutzbestimmungen entfallen.
- Gemäß einer Weiterbildung der Vorrichtung realisieren der erste Luftkanal mit der Eintrittsöffnung und der zweite Luftkanal mit der Austrittsöffnung ein und denselben Luftkanal innerhalb der Wandung. Eine solche Ausgestaltung mit einem langgezogenen Luftkanal, der beispielsweise an einem Ende die Eintrittsöffnung und an dem anderen Ende die Austrittsöffnung aufweist, bietet sich zum Beispiel bei einem entsprechend ausgebildeten und angeordneten Elektronikbehälter an, der zum Beispiel in Form eines schmalen Schranks oberhalb des Luftkanals in einem Innenraum des Wagenkastens angeordnet ist.
- Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Vorrichtung bilden der Luftkanal mit der Eintrittsöffnung und der Luftkanal mit der Austrittsöffnung jeweils einen separaten Luftkanal innerhalb der Wandung aus. Dabei können die separaten Luftkanäle direkt benachbart zueinander ausgebildet und mittels einer Wand voneinander getrennt sein, wobei die trennende Wand eine Öffnung aufweist, die die fluidtechnische Kopplung zwischen den benachbarten Luftkanälen ausbildet. Alternativ können die separaten Luftkanäle beabstandet zueinander ausgebildet sein und mittels einer fluidtechnischen Brücke miteinander gekoppelt sein.
- Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung umfasst die Vorrichtung ein Brückenelement, das die fluidtechnische Kopplung zwischen dem Luftkanal mit der Eintrittsöffnung und dem Luftkanal mit der Austrittsöffnung ausbildet. Ein solches Brückenelement kann beispielsweise als Rohrverbindung oder als Schlauch realisiert sein, welcher einen Brückenkanal ausbildet und die Luftkanäle fluidtechnisch miteinander verbindet. Die Luftkanäle weisen dabei jeweils eine entsprechende Kopplungsöffnung auf, welche auch in Bezug auf eine betriebsmäßig vorgesehene Luftströmung als Eintrittsöffnung beziehungsweise Austrittsöffnung bezeichnet werden kann.
- Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Weiterbildung umfasst die Vorrichtung eine Mehrzahl von Luftkanälen mit einer jeweiligen Eintrittsöffnung und einer jeweiligen Austrittsöffnung, die fluidtechnisch miteinander gekoppelt sind, und eine Mehrzahl von Brückenelementen, von denen jeweils ein Brückenelement eine jeweilige fluidtechnische Kopplung zwischen zwei Luftkanälen der Mehrzahl von Luftkanälen ausbildet.
- Beispielsweise werden vier relativ kleine Löcher in dem Wagenkasten vorgesehen, durch die die vorgegeben leistungsstarke Lüftereinheit Luft aus dem Elektronikbehälter in den Wagenkasten beziehungsweise in die Luftkanäle der Wandung bläst oder saugt. Gemäß einem solchen Beispiel weist der Elektronikbehälter an einem Ende im Boden eine Öffnung auf, die als Ausgang aus dem Elektronikbehälter mit der Eintrittsöffnung eines ersten Luftkanals strömungstechnisch gekoppelt ist. Der erste Luftkanal weist möglichst weit beabstandet zu der Eintrittsöffnung eine Austrittsöffnung auf, die fluidtechnisch mit einer Eintrittsöffnung eines zweiten Luftkanals in Verbindung steht. Der zweite Luftkanal weist entsprechend eine Austrittsöffnung auf, die fluidtechnisch mit einer Eingangsöffnung des Elektronikbehälters gekoppelt ist, welche zum Beispiel an einem anderen Ende im Boden des Elektronikbehälters ausgebildet ist. Somit ist ein in sich geschlossener Strömungskreislauf innerhalb des Elektronikbehälters und des Wagenkastens gebildet.
- Eine Ansaugung von Luft aus dem Elektronikschrank erfolgt vorzugsweise in einem oberen Bereich bezogen auf eine betriebsgemäße Anordnung des Elektronikbehälters an oder in dem Wagenkasten. Ein Brückenkanal kann für eine Rückströmung der angesaugten Luft zurück zum Schrank beziehungsweise Elektronikbehälter sorgen.
- Die beschriebene Funktionsweise der Vorrichtung kann auch für Unterflurkomponenten oder auf einem Dach des Wagenkastens realisiert werden. Eine Umsetzung ist ferner auch für Stirnwandschränke möglich, da die Stirnwände eines konventionellen Wagenkastens üblicherweise auch gezogene Hohlprofile aus Aluminium aufweisen, die mit den darin befindlichen Luftvolumina eine nutzbringende Wärmeabfuhr ermöglichen. Bei einer dachnahen Anordnung ist gegebenenfalls ein Energieeintrag durch Solarstrahlung zu berücksichtigen. In diesem Zusammenhang könnte die Vorrichtung ein schattenspendendes Element aufweisen, um für eine entsprechende Beschattung zu sorgen.
- Gemäß einer Weiterbildung der Vorrichtung umfasst die Wandung ein Strangpressprofilelement, welches die Mehrzahl von separaten Luftkanälen aufweist und welches zumindest einen Teil eines Bodens, einer Stirnwand, eines Dachs oder einer Seitenwand des Wagenkastens ausbildet.
- Gemäß einer weiteren Weiterbildung umfasst die Vorrichtung eine weitere Lüftereinheit, die mit dem Elektronikbehälter und/oder mit der Wandung gekoppelt ist und die dazu eingerichtet ist, eine Luftströmung in dem Strömungskreislauf zu erzeugen. Mittels einer jeweiligen Lüftereinheit kann eine Luftumwälzung erzwungen werden und zu einer effizienten Wärmeabfuhr beigetragen werden. Mittels zwei oder mehrerer Lüftereinheiten kann eine besonders zuverlässige und stabile Luftströmung innerhalb des geschlossenen Kreislaufs aus Elektronikbehälter und Wandung des Wagenkastens ausgebildet werden. Zudem kann zu einer geringeren Geräuschemission beigetragen werden.
- Eine Lüftereinheit ist beispielsweise in der ersten Kopplungsschnittstelle zwischen dem Elektronikbehälter und der Wandung, welche den strömungstechnischen Ausgang aus dem Elektronikbehälter bildet, angeordnet und die andere Lüftereinheit in der zweiten Kopplungsschnittstelle, welche den strömungstechnischen Eingang zurück in den Elektronikbehälter bildet. Alternativ kann eine Lüftereinheit oder zusätzlich eine weitere Lüftereinheit innerhalb des Brückenelements angeordnet sein, sofern ein solches vorgesehen ist. Eine Lüftereinheit innerhalb eines solchen Brückenkanals kann gegebenenfalls leichter zugänglich sein und eine einfach Wartung oder einen einfachen Austausch der Lüftereinheit ermöglichen.
- Mittels der beschriebenen Vorrichtung kann eine tolerierbare, installierte Verlustleistung in einem gekapselten Elektronikschrank oder -container deutlich erhöht werden. Beispielsweise kann bei einer üblichen Geometrie eines Wagenkastens für ein Schienenfahrzeug eine zusätzliche Verlustleistung von 50 W/m in einer einfachen Schleife mit zwei Luftkanälen von jeweils einigen Metern Länge abgeführt werden. Die mögliche Wärmeabgabe ist somit deutlich verbessert und zudem bleiben die elektronischen Komponenten in dem Elektronikbehälter gekapselt, sodass in betriebsgemäßen Zuständen keine Verunreinigung von außen oder nach außen entsteht. Das mittels der Vorrichtung umsetzbare Wärmeabfuhrprinzip ist auf dem Dach, in einem Unterflur, an den Seitenwänden oder den Stirnwänden des Wagenkastens realisierbar, sofern die jeweilige raumbegrenzende Wandung entsprechende Hohlräume, wie die eines stranggepressten Hohlprofils, aufweist.
- Es besteht keine Notwendigkeit von Luftfiltern und aufgrund des in sich geschlossenen, von der Umgebung abgetrennten Strömungskreislaufs sind Anforderungen gemäß Brandschutzbestimmungen gering. Ferner ermöglicht die Vorrichtung eine einfache, zeitsparende und kostengünstige Wartung sowie eine verringerte Geräuschemission. Darüber hinaus besteht auch im Wesentlichen kein zusätzlicher Platzbedarf, da vorhandene Ressourcen effizient genutzt werden. Die Vorrichtung ist damit auf einfache Weise in bestehende Fahrzeugsysteme nachrüstbar und kann mit geringem Fertigungsaufwand in Fahrzeuge mit Integralbauweise nachträglich eingebaut werden.
- Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst ein Schienenfahrzeug eine Ausgestaltung der zuvor beschriebenen Vorrichtung zur Wärmeabfuhr, die mit einem Wagenkasten des Schienenfahrzeugs gekoppelt ist. Die Vorrichtung kann insbesondere einen Raum in einem Wagenboden, einem Unterflur, einer Seitenwand, einer Stirnwand und/oder auf einem Dach des Wagenkastens umfassen und mit diesem zur Verfügung stehenden Raum eine nutzbringende und kostengünstige Wärmeabfuhr ermöglichen. Dadurch, dass das Schienenfahrzeug, eine Ausgestaltung der zuvor beschriebenen Vorrichtung umfasst, sind, sofern zutreffend, beschriebene Eigenschaften und Merkmale der Vorrichtung auch für das Schienenfahrzeug offenbart und umgekehrt. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- Figur 1
- eine schematische Darstellung eines Schienenfahrzeugs mit einer Vorrichtung zur Wärmeabfuhr,
- Figur 2
- ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Wärmeabfuhr in einer schematischen Ansicht,
- Figur 3
- ein weiteres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Wärmeabfuhr in einer perspektivischen Ansicht,
- Figuren 4A-4B
- ein weiteres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Wärmeabfuhr in verschiedenen Ansichten, und
- Figuren 5A-5B
- ein weiteres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Wärmeabfuhr in verschiedenen Ansichten.
- Elemente gleicher Konstruktion und Funktion sind figurenübergreifend mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind gegebenenfalls nicht alle Elemente in sämtlichen Figuren mit zugehörigen Bezugszeichen gekennzeichnet.
-
Figur 1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht ein Schienenfahrzeug 1 mit einer Vorrichtung 10, die einen Elektronikbehälter 15 zur Aufnahme von elektronischen Komponenten des Schienenfahrzeugs 1 und eine raumbegrenzende Wandung 11 umfasst, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel einen Boden eines Wagenkastens des Schienenfahrzeugs 1 ausbildet. Wie nachfolgend anhand derFiguren 2 bis 5B erläutert wird, ermöglicht die Vorrichtung 10 eine sichere, zuverlässige und kostengünstige Wärmeabfuhr von erwärmter Luft aus dem Elektronikbehälter 15. - Der Elektronikbehälter 15 ist beispielsweise ein Schrank oder ein Container, in dem elektronische Komponenten für einen Zugbetrieb des Schienenfahrzeugs 1 angeordnet werden. Solche elektronischen Komponenten umfassen zum Beispiel elektronische Steuerungen, Zugsicherungen, Komponenten zur Datenverarbeitung und/oder weitere elektrische und/oder elektromechanische Bauteile. Der Elektronikbehälter 15 dient zum Schutz der elektronischen Komponenten vor äußeren Einflüssen. Der Elektronikbehälter 15 kann, wie in den
Figuren 1 und 2 illustriert, einen Schrank in einem Innenraum 22 des Wagenkastens an einer Seitenwand oder einer Stirnwand darstellen. Alternativ ist der Elektronikbehälter 15 zum Beispiel als Container in oder unter einem Boden 12 oder auf einem Dach des Wagenkastens angeordnet. -
Figur 2 zeigt eine Schnittdarstellung der Vorrichtung 10 in einer Ebene senkrecht zu einer länglichen Erstreckungsrichtung des Wagenkastens. GemäßFigur 2 weist die Vorrichtung 10 zur Wärmeabfuhr für das Schienenfahrzeug 1 den Wagenkasten mit der raumbegrenzenden Wandung 11 auf, die eine Mehrzahl von separaten Luftkanälen 19 umfasst, wobei ein Luftkanal 19 eine Eintrittsöffnung 162 und ein Luftkanal 19 eine Austrittsöffnung 182 aufweist. Der Luftkanal 19 mit der Eintrittsöffnung 162 und der Luftkanal 19 mit der Austrittsöffnung 182 sind fluidtechnisch miteinander gekoppelt. - Die Vorrichtung 10 weist ferner den Elektronikbehälter 15 auf, der mit der Wandung 11 gekoppelt ist und der eine Ausgangsöffnung 161 und eine Eingangsöffnung 181 aufweist, wobei die Ausgangsöffnung 161 mit der Eintrittsöffnung 162 des einen Luftkanals 19 und die Eingangsöffnung 181 mit der Austrittsöffnung 182 des weiteren Luftkanals 19 fluidtechnisch gekoppelt sind, sodass der Elektronikbehälter 15, der Luftkanal 19 mit der Eintrittsöffnung 162 und der Luftkanal 19 mit der Austrittsöffnung 182 einen in sich geschlossenen Strömungskreislauf bilden. Die Vorrichtung 10 umfasst außerdem eine Lüftereinheit 17, die mit dem Elektronikbehälter 15 und/oder mit der Wandung 11 gekoppelt ist und die dazu eingerichtet ist, eine Luftströmung in dem Strömungskreislauf auszubilden.
- Die Vorrichtung 10 nutzt langerstreckte Hohlräume und die darin befindlichen Luftvolumina, um eine effiziente Wärmeabfuhr zu ermöglichen und ist insbesondere für den Einsatz in dem Schienenfahrzeug 1 geeignet, welches in der Regel eine Mehrzahl von Wagenkästen mit solchen Hohlräumen aufweist. Die Wandung 11 des Wagenkastens weist ein Strangpressprofilelement 13 auf, welches die Mehrzahl von Luftkanälen 19 umfasst, die üblicherweise fluidtechnisch durch stabilisierende Trennwände voneinander getrennt sind. Zwischen dem Elektronikbehälter 15 und dem Strangpressprofilelement 13 ist zum Beispiel eine Isolierung angeordnet, welches einen Fußboden 12 des Wagenkastens ausbildet oder mit ausbildet.
- Mittels der beschriebenen Vorrichtung 10 kann eine effiziente Kühlung von elektronischen Komponenten in dem Elektronikbehälter 15 realisiert und dadurch zu einem sicheren, kostengünstigen und umweltschonenden Betrieb des Schienenfahrzeugs 1 beigetragen werden.
- Vorzugsweise ist in einem oberen Bereich des Elektronikbehälters 15 eine Ansaugöffnung 14 vorgesehen, die strömungstechnisch mit der Ausgangsöffnung 161 des Elektronikbehälters 15 in Verbindung steht. In diesem Zusammenhang beziehen sich Begriffe, wie "oben", "unten", "oberhalb", "unterhalb", auf einen betriebsgemäßen und einsatzbereiten Zustand des Schienenfahrzeugs 1 beziehungsweise der Vorrichtung 10. Durch Pfeile ist eine Strömungsrichtung der durch die Lüftereinheit 17 erzeugten Luftströmung in dem geschlossenen Strömungskreislauf angedeutet. Durch die Ansaugöffnung 14 wird die durch den Betrieb der elektronischen Komponenten in dem Elektronikbehälter 15 erwärmte Luft angesaugt und strömt durch die Ausgangsöffnung 161, durch den Boden 12 und durch die Eintrittsöffnung 162 in den Luftkanal 19. Die angesaugte Luft strömt durch den Luftkanal 19 und durch die fluidtechnische Kopplung zu dem weiteren Luftkanal 19 in diesen und durch die zugehörige Austrittsöffnung 182, durch den Boden 12, durch die Eingangsöffnung 181 an der Lüftereinheit 17 vorbei zurück in den Elektronikbehälter 15. Auf dem Weg entlang des Strömungskreislaufs gibt die erwärmte Luft Wärme an die Umgebung ab und strömt gekühlt zurück in den Elektronikbehälter 15.
-
Figur 3 zeigt die Vorrichtung 10 in einer perspektivischen Darstellung, welche zum Beispiel eine Ansicht auf einen Teil der inFigur 2 dargestellten Elemente repräsentiert. Der Elektronikbehälter 15 ist mit dem Strangpressprofilelement 13 gekoppelt. Luftströmungsrichtungen sind durch schmale Pfeile angedeutet, während eine Wärmeabfuhr durch breit illustrierte Pfeile angedeutet ist. Die fluidtechnische Kopplung zweier Luftkanäle 19 ist durch ein Brückenelement 20 realisiert, welches beispielsweise an einer Oberseite des Strangpressprofilelements 13 angeordnet ist, die in einem betriebsgemäßen Zustand dem Innenraum 22 des Wagenkastens zugewandt wäre. - Das Brückenelement 20 weist zum Beispiel einen Schlauch und/oder ein Rohr auf, das mit entsprechenden Öffnungen der jeweiligen Luftkanäle 19 fluidtechnisch gekoppelt ist und einen strömungstechnischen Brückenkanal ausbildet. Eine Anordnung eines solchen Brückenelements 20 auf einer Oberseite der Wandung 11 beziehungsweise des Strangpressprofilelements 13 ermöglicht einen einfachen Zugang und trägt daher zu einer aufwandsarmen Wartung bei. Zudem kann die Vorrichtung 10 gemäß einer solchen Ausgestaltung auf einfache und kostengünstige Weise in bestehende Zugsysteme integriert und in den entsprechenden Wagenkästen nachgerüstet werden.
- Ein konventioneller Wagenkasten bildet als Rohbaukonstrukt ein Skelett eines Zugabteils des Schienenfahrzeugs 1 aus und weist in der Regel eine in Bezug auf eine vorgesehene Fahrtrichtung längliche Ausdehnung von einigen Metern auf. Entsprechend weisen die Luftkanäle 19, die sich üblicherweise ebenfalls in Längsrichtung erstrecken, eine Länge von einigen Metern auf.
- Zum Beispiel weist ein Luftkanal 19 eine Länge von 5 m auf, sodass ein maximal möglicher Strömungsweg hin und zurück 10 m beträgt. Somit kann eine Fläche von ca. 2,5 m2 zur Wärmeabfuhr genutzt werden. Durch eine hohe Strömungsgeschwindigkeit, die durch entsprechende Einrichtung der Lüftereinheit 17 erzielt werden kann, ist eine Wärmeabgabe noch effizienter basierend auf einem größeren Wärmeübergangskoeffizienten. Ein abgeschätzter Druckabfall abhängig von der Geometrie des Wagenkastens beträgt beispielsweise etwa 250 Pa und ist mittels eines einfachen Diagonallüfters bei ausreichendem Volumenstrom leicht zu bewältigen. Eine mögliche Wärmeenergieabgabe erhöht sich dadurch von schätzungsweise 500 W auf ungefähr 750 W, wobei die elektronischen Komponenten in dem Elektronikbehälter 15 zuverlässig und sicher von der Umgebung gekapselt sind. Im Hinblick auf eine konventionelle Wagenkastengeometrie kann mittels der Vorrichtung 10 eine Wärmeabfuhr von ca. 50 W pro Meter Wagenlänge erreicht werden bei einer Umsetzung des Strömungskreislaufs mit einer einfachen Schleife hin- und zurück in zwei Luftkanälen 19. Bei Einbringung mehrerer Schleifen, kann dieser Wert vervielfacht werden (vgl.
Figur 5B ). - Die
Figuren 4A und 4B zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 10, bei der ein Brückenelement 20 in dem Innenraum 22 des Wagenkastens angeordnet ist.Figur 4A zeigt eine Schnittdarstellung mit einem angedeuteten Strömungskreislauf undFigur 4B illustriert eine schematische Ansicht von oben. Der Elektronikbehälter 15 ist als Container in einem Unterflur beziehungsweise unterhalb des Strangpressprofilelements 13 mit dem Wagenkasten gekoppelt. Durch die Ausgangsöffnung 161 des Elektronikbehälters 15 und die Eintrittsöffnung 162 gelangt die erwärmte Luft in einen ersten Luftkanal 191 und strömt zu dem Brückenelement 20. Durch das Brückenelement 20 strömt die bereits kühlere Luft in einen zweiten Luftkanal 192 zurück zum Elektronikbehälter 15 und gelangt entwärmt in diesen durch die Austrittsöffnung 182 des zweiten Luftkanals 192 und die Eingangsöffnung 181. Der erste Luftkanal 191 weist die Eintrittsöffnung 162 und in Kopplung mit dem Brückenelement 20 eine Austrittsöffnung auf, die durch den Brückenkanal mit einer Eintrittsöffnung des zweiten Luftkanals 192 in strömungstechnischer Verbindung steht. Somit weisen der erste und zweite Luftkanal 191, 192 eine jeweilige Eintritts- und Austrittsöffnung auf, sodass im Wesentlichen mit vier Durchgangsöffnungen in dem Wagenkasten, dem Elektronikbehälter 15 und dem Brückenelement 20 ein Strömungskreislauf durch ein relativ großes ungenutztes Luftvolumen ermöglicht wird. - Das Brückenelement 20 realisiert ein separates Bauteil, welches an einer geeigneten Position einen Brückenkanal zwischen zwei Luftkanälen 19 ausbilden kann. Beispielsweise ist das Brückenelement 20, wie in den
Figuren 4A und 4B illustriert, auf einer Oberseite des Strangpressprofilelements 13 angeordnet. Alternativ kann das Brückenelement 20 gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung 10 auch unterhalb oder stirnseitig mit dem Strangpressprofilelement 13 gekoppelt sein. - Die
Figuren 5A und 5B zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 10, bei der mehrere Brückenelemente 201, 202, 203 in dem Innenraum 22 des Wagenkastens angeordnet sind und mehrere Luftkanäle 191, 192, 193, 194 fluidtechnisch miteinander verbinden.Figur 5A zeigt eine Schnittdarstellung mit angedeuteten Strömungsrichtungen undFigur 5B illustriert eine schematische Ansicht von oben. Durch die Ausgangsöffnung 161 des Elektronikbehälters 15 und die Eintrittsöffnung 162 gelangt die erwärmte Luft in einen ersten Luftkanal 191 und strömt zu einem ersten Brückenelement 201. Durch das erste Brückenelement 201 strömt die bereits kühlere Luft in einen zweiten Luftkanal 192 zu einem zweiten Brückenelement 202 und durch dieses in einen dritten Luftkanal 193 zu einem dritten Brückenelement 203. Durch das dritte Brückenelement 203 strömt die abgekühlte Luft weiter in einen vierten Luftkanal 194 des Strangpressprofilelements 13 zurück zu dem Elektronikbehälter 15 und gelangt durch die Austrittsöffnung 182 des vierten Luftkanals 194 und die Eingangsöffnung 181 des Elektronikbehälters 15 in diesen. Die Luftkanäle 191-194 weisen somit jeweils eine jeweilige Eintritts- und Austrittsöffnung auf und bilden zusammen mit den Brückenelementen 201-203 einen langen und großvolumigen Strömungskreislauf zum effizienten Abführen von Wärme, die durch den Betrieb der elektronischen Komponenten in dem Elektronikbehälter 15 erzeugt wurde. - Mittels der beschriebenen Vorrichtung 10 kann daher eine tolerierbare, installierte Verlustleistung in dem gekapselten Elektronikbehälter 15 erhöht und zuverlässig abgeführt werden. Mittels einer einfachen Schleife (s.
Figur 4B ) kann eine Wärmeabfuhr von ca. 50 W/m in Bezug auf konventionelle Geometrien eines Wagenkastens mit einem Strangpressprofilelement 13 erreicht werden. Eine Wärmeabgabe ist daher verbessert und zudem verbleiben die elektronischen Komponenten in dem Elektronikbehälter 15 gekapselt, sodass keine Verunreinigung von außen nach innen und von innen nach außen entstehen. Das mittels der Vorrichtung 10 realisierte Prinzip zur Wärmeabfuhr ist ferner auf dem Dach, dem Unterflur, den Seitenwänden und den Stirnwänden nutzbar, sofern diese entsprechende Luftkanäle 19 aufweisen. Es besteht aufgrund des von der Umgebung isolierten Aufbaus des in sich geschlossenen Strömungskreislaufs keine Notwendigkeit von Luftfiltern und auch Anforderungen gemäß Brandschutzbestimmungen sind gering. Außerdem wird zu einer geringen Geräuschemission beigetragen und es besteht kaum zusätzlicher Platzbedarf, da sich die Vorrichtung 10 im Wesentlichen vorhandener, ungenutzter Hohlräume bedient, um eine effiziente und umweltschonende Kühlung bereitzustellen. -
- 1
- Schienenfahrzeug
- 10
- Vorrichtung
- 11
- Wandung
- 12
- Boden
- 13
- Strangpressprofilelement
- 14
- Ansaugöffnung
- 15
- Elektronikbehälter
- 161
- Ausgangsöffnung
- 162
- Eintrittsöffnung
- 17
- Lüftereinheit
- 181
- Eingangsöffnung
- 182
- Austrittsöffnung
- 19
- Luftkanal
- 191
- erster Luftkanal
- 192
- zweiter Luftkanal
- 193
- dritter Luftkanal
- 194
- vierter Luftkanal
- 20
- Brückenelement
- 201
- erstes Brückenelement
- 202
- zweites Brückenelement
- 203
- drittes Brückenelement
- 22
- Innenraum
Claims (11)
- Vorrichtung (10) zur Wärmeabfuhr für ein Schienenfahrzeug (1), umfassend:- einen Wagenkasten mit einer raumbegrenzenden Wandung (11), die eine Mehrzahl von separaten Luftkanälen (19) umfasst, wobei ein Luftkanal (19) eine Eintrittsöffnung (162) und ein Luftkanal (19) eine Austrittsöffnung (182) aufweist und der Luftkanal (19) mit der Eintrittsöffnung (162) und der Luftkanal (19) mit der Austrittsöffnung (182) fluidtechnisch miteinander gekoppelt sind,- einen Elektronikbehälter (15), der zur Aufnahme von elektronischen Komponenten für das Schienenfahrzeug (1) ausgebildet und mit der Wandung (11) gekoppelt ist und der eine Ausgangsöffnung (161) und eine Eingangsöffnung (181) aufweist, wobei die Ausgangsöffnung (161) mit der Eintrittsöffnung (162) der Wandung (11) und die Eingangsöffnung (181) mit der Austrittsöffnung (182) der Wandung (11) fluidtechnisch gekoppelt sind, sodass der Elektronikbehälter (15), der Luftkanal (19) mit der Eintrittsöffnung (162) und der Luftkanal (19) mit der Austrittsöffnung (182) einen in sich geschlossenen Strömungskreislauf bilden, und- eine Lüftereinheit (17), die mit dem Elektronikbehälter (15) und/oder mit der Wandung (11) gekoppelt ist und die dazu eingerichtet ist, eine Luftströmung in dem Strömungskreislauf auszubilden.
- Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, bei der der Luftkanal (19) mit der Eintrittsöffnung (162) und der Luftkanal (19) mit der Austrittsöffnung (182) ein- und denselben Luftkanal (19) innerhalb der Wandung (11) ausbilden.
- Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, bei der der Luftkanal (19) mit der Eintrittsöffnung (162) und der Luftkanal (19) mit der Austrittsöffnung (182) jeweils einen separaten Luftkanal (19) innerhalb der Wandung (11) ausbilden.
- Vorrichtung (10) nach Anspruch 3, bei der der Luftkanal (19) mit der Eintrittsöffnung (162) und der Luftkanal (19) mit der Austrittsöffnung (182) direkt benachbart zueinander ausgebildet und mittels einer Wand voneinander getrennt sind, und bei der die Wand eine Öffnung aufweist, die die fluidtechnische Kopplung zwischen den benachbarten Luftkanälen (19) ausbildet.
- Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend:
ein Brückenelement (20, 201, 202, 203), das die fluidtechnische Kopplung zwischen dem Luftkanal (19) mit der Eintrittsöffnung (162) und dem Luftkanal (19) mit der Austrittsöffnung (182) ausbildet. - Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend:- eine Mehrzahl von Luftkanälen (19, 191, 192, 193, 194) mit einer jeweiligen Eintrittsöffnung (162) und einer jeweiligen Austrittsöffnung (182), die fluidtechnisch miteinander gekoppelt sind, und- eine Mehrzahl von Brückenelementen (20, 201, 202, 203), von der jeweils ein Brückenelement (20, 201, 202, 203) eine jeweilige fluidtechnische Kopplung zwischen zwei Luftkanälen (19, 191, 192, 193, 194) der Mehrzahl von Luftkanälen (19) ausbildet.
- Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Wandung (11) ein Strangpressprofilelement (13) umfasst, welches die Mehrzahl von separaten Luftkanälen (19) aufweist und welches zumindest einen Teil eines Bodens, einer Stirnwand, eines Dachs oder einer Seitenwand des Wagenkastens ausbildet.
- Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend:
eine weitere Lüftereinheit, die mit dem Elektronikbehälter (15) und/oder mit der Wandung (11) gekoppelt ist und die dazu ausgebildet ist, eine Luftströmung in dem Strömungskreislauf zu erzeugen. - Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der die Lüftereinheit (17) im Bereich der Ausgangsöffnung (161) des Elektronikbehälters (15) und der Eintrittsöffnung (162) der Wandung (11) oder im Bereich der Eingangsöffnung (161) des Elektronikbehälters (15) und der Austrittsöffnung (182) der Wandung (11) angeordnet ist.
- Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 in Verbindung mit Anspruch 5, bei der die Lüftereinheit (17) innerhalb des Brückenelements (20) angeordnet ist.
- Schienenfahrzeug (1), umfassend:- elektronische Komponenten, die zum Betreiben einer dem Schienenfahrzeug (1) zugeordneten Funktionalität ausgebildet sind, und- eine Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, in dessen Elektronikbehälter (15) die elektronischen Komponenten angeordnet sind.
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