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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1 und eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7.
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In
geschlossenen Fahrgastzellen verschiedener Fahrzeuge wie Eisenbahnen,
Magnetschwebebahnen und Flugzeugen, die hohe Maximalgeschwindigkeiten
ermöglichen,
kann es beim Betrieb zu unerwünschten
Druckänderungen
kommen. Eine Ursache hierfür
sind bei Eisenbahnen und Magnetschwebefahrzeugen z. B. schnelle,
zu Druckwellen führende
Durchfahrten durch enge Tunnel oder Zugbegegnungen auf dicht nebeneinander
verlegten Fahrwegen. Da derartige Druckänderungen von den Fahrgästen ab
einer bestimmten Druckänderungsgeschwindigkeit
als unangenehmer Druck auf den Ohren wahrgenommen werden, wurden
vom internationalen Eisenbahnverband UIC Richtlinien (UIC 660) mit
Komfortgrenzen für
derartige Druckänderungen erlassen.
Bei Flugzeugen ergeben sich ähnliche
Probleme, wenn sich die Flughöhen
schnell ändern,
da der Luftdruck mit steigender Höhe abnimmt.
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Zur
Vermeidung dieses Problems ist es bei Eisenbahnen, insbesondere
bei Hochgeschwindigkeitszügen
bekannt, die Wagenkästen
möglichst druckdicht
auszubilden, um dadurch die Geschwindigkeit der Druckänderungen,
die sich als Folge von Änderungen
des Außendrucks
in den Innenräumen ergeben
können,
so stark zu begrenzen, dass sie von den Passagieren nicht mehr als
unangenehm empfunden werden. Zur Herstellung der erforderlichen Dichtigkeit
ist es allerdings erforderlich, vorhandene Türen, Fenster, Wagenübergänge usw.
mit Dichtungen zu versehen, Klimaanlagen od. dgl. mit der Luftzufuhr
und -abfuhr dienenden, verschließbaren Ventilen auszurüsten, die
z. B. bei der Einfahrt in einen Tunnel geschlossen und bei der Ausfahrt
aus einem Tunnel wieder geöffnet
werden, und die Wagenkastenstruktur weitgehend ohne offene Durchbrüche zu realisieren.
Entsprechendes gilt für
Magnetschwebebahnen. Eine andere Möglichkeit zur Vermeidung unangenehmer
Druckänderungen
besteht darin, das Verhältnis
des Tunnelquerschnitts zum Fahrzeugquerschnitt ausreichend groß zu wählen und
Zugbegegnungen nur bei ausreichend weit beabstandeten Fahrwegen
zuzulassen oder in Tunneln ganz zu vermeiden, um dadurch die Größe der Druckwellen
zu reduzieren.
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Demgegenüber wird
im Flugzeugbau vorgesehen, den Luftdruck in den Fahrgastzellen mit
Hilfe von leistungsstarken, an den Luftein- bzw. Luftauslässen angebrachten
Ventilatoren zu regeln. Derartige Regelungen sind für einen
dauerhaften Druckausgleich konzipiert und würden bei sehr schnellen Druckänderungen,
wie sie z. B. bei Tunneldurchfahrten auftreten, unverhältnismäßig große Ventilatoren erfordern,
die außerdem
noch hochdynamisch auf schnelle Außendruckänderungen reagieren können.
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Das
technische Problem der Erfindung besteht daher darin, die eingangs
bezeichneten Verfahren und Vorrichtungen so zu gestalten, dass ohne großen Aufwand
insbesondere schnelle Innendruckänderungen
vermieden und damit Beeinträchtigungen
der in den geschlossenen Räumen
befindlichen Personen vermieden werden können.
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Gelöst wird
dieses Problem erfindungsgemäß mit den
kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 1 und 7.
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Die
Erfindung beruht auf dem Gedanken, eine von außen her in dem geschlossenen
Raum induzierte, schnelle Druckänderung
in Form eines Unterdrucks zumindest teilweise dadurch zu kompensieren,
dass dem Raum eine entsprechende Luftmenge zugeführt wird. In analoger Weise
wird dem Raum beim plötzlichen
Auftreten eines Überdrucks eine
entsprechende Luftmenge entnommen. Insbesondere erfolgt die Regelung
des Innendrucks so, dass Druckänderungen
mit einer vorgewählten Druckänderungsgeschwindigkeit
erfolgen. Dadurch ist es möglich,
die im Raum befindlichen Personen vor unangenehmen, den Fahrkomfort
beeinträchtigenden
Druckänderungen
zu bewahren. Nach einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung erfolgt die Zufuhr oder Abfuhr der Luft mit Hilfe
eines Über-
oder Unterdruckbehälters,
wodurch die Anwendung aufwendiger Gebläse, Pumpen od. dgl. vermieden
werden kann.
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Weitere
vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen
an Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 schematisch
ein Ausführungsbeispiel einer
vollständigen
Innendruckregelung für
einen geschlossenen Raum;
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2 ein
Blockschaltbild einer Regeleinrichtung für eine Innendruckregelung nach 1;
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3 schematisch
ein Ausführungsbeispiel einer
nur teilweisen Innendruckregelung für einen geschlossenen Raum;
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4 beispielhaft
mögliche
Druckverläufe im
Wagenkasten eines spurgebundenen Fahrzeugs während einer Fahrt durch einen
Tunnel;
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5 in
einer der 4 entsprechenden Darstellung
den Druckverlauf in einem vergleichsweise schlecht abgedichteten
Raum bei Anwendung einer erfindungsgemäßen Innendruckregelung; und
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6 eine
der 5 entsprechende Darstellung für den Druckverlauf in einem
vergleichsweise gut abgedichteten Raum bei Anwendung einer erfindungsgemäßen Innendruckregelung.
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1 zeigt
schematisch ein derzeit für
am besten gehaltenes Ausführungsbeispiel
der Erfindung, das eine vollständige
Innendruckregelung unabhängig
davon ermöglicht,
ob der äußere Luftdruck größer oder
kleiner als der Luftdruck in dem betrachteten Raum ist. In 1 ist
beispielhaft angenommen, dass der Luftdruck in einem geschlossenen Raum 1 geregelt
werden soll, der den Fahrgastraum eines Hochgeschwindigkeitszuges,
z. B. eines Magnetschwebefahrzeugs, bildet und von einer Fahrzeugwand 2 umgeben
ist. Unter "geschlossen" wird verstanden,
dass die Fahrzeugwand 2, wenn nicht gezeigte Fenster und
Türe geschlossen
sind, ein den Raum 1 umgebendes Gehäuse bildet, das bis auf die üblicherweise
vorhandenen Undichtigkeiten und ggf. vorhandenen Be- und Entlüftungsöffnungen
für Klimaanlagen
od. dgl. rundum dicht ist. Es ist jedoch klar, dass der Raum 1 in
Abhängigkeit
von seiner Qualität,
seinem Alter oder sonstigen Gegebenheiten sowohl gut abgedichtet
als auch weniger gut abgedichtet sein kann, wie aus der weiteren
Beschreibung ersichtlich wird.
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Gemäß 1 ist
sowohl im Raum 1 als auch außerhalb davon (hier als "äußere Umgebung des Raumes 1" bezeichnet) wenigstens
je ein Drucksensor 3 und 4 angeordnet, mittels
derer ständig
der Luftdruck im Raum 1 (nachfolgend kurz als Innendruck
bezeichnet) und der Luftdruck in der äußeren Umgebung (nachfolgend
kurz als Außendruck
bezeichnet) gemessen werden. Weiter sind wenigstens je ein Überdruckbehälter 5 und
ein Unterdruckbehälter 6 vorgesehen,
die beide entweder unmittelbar in dem Raum 1 oder außerhalb
des Raums 1, z. B. in einer benachbarten Fahrgastzelle
oder auch in einem vom Raum 1 abgetrennten Bereich angeordnet sein
können,
aber wie der Raum 1 ein Bestandteil des betrachteten Fahrzeugs
sind.
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Der Überdruckbehälter 5 ist
mit einem Regelventil 7 versehen, durch das, ggf. über wenigstens eine
angeschlossene Leitung, Druckluft aus dem Überdruckbehälter 5 in den Raum 1 strömen kann. Der
Unterdruckbehälter 6 ist
mit einem Regelventil 8 versehen, durch das, ggf. über wenigstens
eine angeschlossene Leitung, Luft aus dem Raum 1 in den Unterdruckbehälter 6 strömen kann.
Die Geschwindigkeit, mit der die Regelventile 7, 8 von
der Luft durchströmt
werden, kann durch Steuerung der Öffnungsquerschnitte der Regelventile 7, 8 eingestellt werden,
vorzugsweise mit Hilfe elektrischer Steuersignale, die einem elektrischen
oder elektromagnetischen Stellorgan der Regelventile 7, 8 zugeführt werden.
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Weiterhin
ist der Überdruckbehälter 5 über eine
Leitung 9 mit einer an die äußere Umgebung führenden,
in der Fahrzeugwand 2 ausgebildeten Öffnung verbunden, die mit einer
Klappe 10 od. dgl. druckdicht verschlossen werden kann.
In der Leitung 9 befindet sich ein Ventilator oder Kompressor 11,
mit dem der Druckbehälter 5 bei
geöffneter
Klappe 10 bis zum Erreichen eines vorgewählten Überdrucks
mit Druckluft gefüllt
werden kann. Der Unterdruckbehälter 6 ist über eine
Leitung 12 mit einer an die äußere Umgebung führenden,
in der Fahrzeugwand 2 ausgebildeten Öffnung verbunden, die mit einer
Klappe 14 od. dgl. druckdicht verschlossen werden kann.
In der Leitung 12 befindet sich eine Pumpe 15,
mit welcher der Unterdruckbehälter 6 bei
geöffneter
Klappe 14 bis zum Erreichen eines vorgewählten Unterdrucks
evakuiert werden kann.
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Schließlich enthält die aus 1 ersichtliche Vorrichtung
einen Regler 16, der mit den beiden Sensoren 3, 4 und
den beiden Regelventilen 7, 8 verbunden ist und
diese in Abhängigkeit
von den ermittelten Innen- bzw. Außendrücken so steuert, dass entweder mittels
des Überdruckbehälters 5 gezielt
eine zusätzliche
Luftmenge in den Raum 1 eingeführt oder mittels des Unterdruckbehälters 6 gezielt
eine überschüssige Luftmenge
aus dem Raum 1 abgezogen wird. Insgesamt arbeitet die Vorrichtung
nach 1 daher im Wesentlichen wie folgt:
Melden
die Sensoren 3 und 4, dass der Außendruck kleiner
als der Innendruck ist und/oder sich der Innendruck unzulässig schnell
verrringert, wird das Regelventil 7 geöffnet und Luft aus dem Überdruckbehälter 5 in
den Raum 1 eingelassen. Dadurch werden insbesondere solche
schnellen Änderungen
des Innendrucks im Raum 1, die zu einem kleiner werdenden
Innendruck führen
würden,
durch die geregelte Zufuhr von Luft zumindest teilweise kompensiert,
wobei durch ein mehr oder weniger weites Öffnen des Regelventils 7 bei
Bedarf auch sehr schnell auf Schwankungen des Außendrucks reagiert werden kann.
In entsprechender Weise wird, wenn die Sensoren 3 und 4 melden,
dass der Außendruck
größer als
der Innendruck ist und/oder sich der Innendruck unzulässig schnell
erhöht,
das Regelventil 8 mehr oder weniger weit geöffnet, um
dadurch Luft aus dem Raum 1 in den Unterdruckbehälter 6 entweichen
zu lassen und dadurch einen Druckanstieg im Raum 1 zumindest
teilweise zu kompensieren. Dadurch kann auch sehr schnell auf eine
Erhöhung
des Außendrucks
reagiert werden.
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Bei
normaler Regelung werden die Regelventile 7, 8 in
Abhängigkeit
vom einmal festgelegten Regelverhalten der Vorrichtung stets in
gleicher Weise auf Differenzen zwischen dem Außen- und Innendruck reagieren,
um diese Differenzen möglichst klein
zu halten. Erfindungsgemäß wird es
jedoch als besonders vorteilhaft angesehen, die Regelung so vorzunehmen,
dass die Änderungsgeschwindigkeit des
Innendrucks zumindest auf einen solchen Wert begrenzt wird, der
mit der Verträglichkeitsgrenze
der Passagiere vereinbar ist. Dadurch wird ein abrupter Druckausgleich
entsprechend den möglichen
schnellen Schwankungen des Außendrucks
vermieden und sichergestellt, dass kein unangenehmer Druck auf die
Ohren der Passagiere wirken kann. Dies gilt insbesondere für kurzzeitige,
nur wenige Sekunden dauernde Druckschwankungen, die mit großen, trägen Ventilatoren,
Pumpen od. dgl. nicht kompensiert werden könnten.
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Nach
Abschluss des gewünschten
Druckausgleichs werden die Regelventile 7, 8 geschlossen,
die Klappen 10, 14 geöffnet und die Druckbehälter 5, 6 mit
Hilfe der Ventilatoren 11 und Pumpen 15 bis zum
Erreichen eines vorgewählten Über- bzw. Unterdrucks
wieder mit Luft gefüllt
bzw. evakuiert. Anschließend
können
die Klappen 10, 14 erneut geschlossen werden.
Da ein Regelvorgang normalerweise nur in vergleichsweise großen zeitlichen
Abständen
erfolgen muss, z. B. bei aufeinander folgenden Tunneldurchfahrten,
können
die Ventilatoren 11 und Pumpen 15 vergleichs weise
klein dimensioniert werden. Außerdem
brauchen die Klappen 10, 14 nur elektrisch oder
mit anderen Mitteln in je eine Offen- und Schließstellung bringbar sein, d.
h. eine Regelung ihres jeweiligen Öffnungsquerschnitts ist nicht erforderlich.
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Der
Regler 16 bildet zusammen mit den Sensoren 3 und 4,
den Regelventilen 7 und 8 sowie den Behältern 5 und 6 eine
erfindungsgemäße Regeleinrichtung
und kann nach 1 im Prinzip beliebig ausgebildet
sein, d. h. insbesondere elektronisch, pneumatisch oder sonstwie
betrieben werden. Bei elektronischem Betrieb ist der Regler 16 beispielsweise
entsprechend 2 ausgebildet. Danach enthält er eine
mit den Sensoren 3, 4 verbundene Steuereinrichtung 18,
der außer
den Sensorsignalen auch andere Informationen wie z. B. solche zugeführt werden
können,
die die Fahrtgeschwindigkeit, die Position des Fahrzeugs, das Streckenprofil
(z. B. Gefälle- oder
Steigungsabschnitte im Fahrweg) od. dgl. angeben. Anhand dieser
Informationen wird in der Steuereinrichtung 18 eine günstige,
vorzugsweise vorher anhand des bekannten Streckenverlaufs berechnete Sollwertkurve
generiert und an einem Ausgang 19 der Steuereinrichtung 18 abgegeben.
Die Regelung erfolgt daher hier nicht anhand eines festen, sondern anhand
eines zeitlich variablen Sollwerts. Die Sollwertkurve wird mittels
eines Vergleichers 20, dem auch die Ausgangssignale des
Sensors 3 zugeführt werden,
ständig
mit dem jeweiligen Istwert des Innendrucks verglichen. Die Differenz
beider Werte wird einem Regelbaustein 21 zugeführt, der
je nach Fall an einem mit dem Regelventil 7 verbundenen Ausgang 22 oder
an einem mit dem Regelventil 8 verbundenen Ausgang 23 ein
Stellsignal abgibt. Mit Hilfe dieser Stellsignale werden die Regelventile 7, 8 so
eingestellt, dass der gewünschte
Druckausgleich erhalten wird. Mit besonderem Vorteil sind die Sollwerte
am Ausgang 19 somit zeitlich veränderliche Führungsgrößen, die sicherstellen, dass
die Regelventile 7, 8 zu jedem Zeitpunkt so weit
geöffnet
sind, wie es zur Erzielung einer vorgewählten Druckänderungsgeschwindigkeit im
Raum 1 erwünscht
ist. Das bedeutet beispielsweise, dass bei einer schnellen Abnahme
des Außendrucks
das Regelventil 7 zunächst
weit geöffnet
wird, um aufgrund einer großen zugeführten Luftmenge
den Innendruck nur langsam abnehmen zu lassen. Im Anschluss daran
kann das Regelventil 7 dann meistens immer mehr geschlossen
werden, weil die Differenz zwischen dem Außen druck und dem Innendruck
und damit auch der Bedarf an zugeführter Luft bis zum Erreichen
des minimalen, dem reduzierten Außendruck entsprechenden Innendrucks
immer kleiner wird. Insbesondere wird die zeitlich veränderliche
Solldruckkurve vorzugsweise so gewählt, dass unter allen Umständen etwa
vorgegebene Komfortkriterien (z. B. UIC 660) eingehalten werden.
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Wird
im Hinblick auf die Dimensionierung des Überdruckbehälters 5 beispielsweise
von einem Volumen des Raums 1 von 150 m3 ausgegangen, dann
würde eine
Druckabnahme im Raum 1 von 1000 Pa/10 s, wie sie nach UIC
660 gerade noch zulässig
ist, rechnerisch einem Luftmassenstrom von ca. 0,15 kg/s entsprechen,
wenn ein adiabatischer Ausströmvorgang
aus dem Druckbehälter 5 angenommen
wird. Soll dieser Luftmassenstrom vollständig aus dem Druckbehälter 5 ausgeglichen
werden, muss der das Regelventil 7 durchströmen. Ist
der Druckbehälter 5 beispielsweise
mit einem Überdruck von
2 bar = 2·105 Pa mit Luft gefüllt, dann entspricht das einem
Luftvolumenstrom von ca. 0,06 m3/s. Dabei
kühlt sich
die ausströmende
Luft zwar um ca. 50°C
gegenüber
der Temperatur im Druckbehälter 5 ab,
doch ergibt sich der Vorteil, dass die Luft sehr schnell in den
Raum einströmt
und daher auch bei Druckänderungen
wirksam werden kann, die sich nur über eine Sekunde oder wenig
mehr erstrecken. Entsprechende Berechnungen lassen sich für den Fall anstellen,
dass der Unterdruckbehälter 6 zum schnellen
Ausgleich von Druckspitzen benötigt
wird. Außerdem
zeigen die Berechnungen, dass unter den gegebenen Umständen das
Volumen der Druckbehälter 5, 6 in
der Regel nicht größer sein
muss, als z. B. einem Prozent des Volumens des Raums 1 entspricht.
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Die
Vorrichtung nach 1 ermöglicht zu jedem Zeitpunkt eine
aktive Regelung des Innendrucks im Raum 1 gegenüber sowohl
erhöhten
als auch reduzierten Außendrücken. Dagegen
kann es auch Fälle
geben, die nur zu einer Erhöhung
oder nur zu einer Erniedrigung des Innendrucks führen. In solchen Fällen kann
entweder auf den Überdruckbehälter 5 oder
auf den Unterdruckbehälter 6 und
die zugehörigen
Bauelemente verzichtet werden. Ein solcher Fall kann sich z. B.
ergeben, wenn der Raum 1 sehr gut abgedichtet ist und daher
z. B. eine Verminderung des Außendrucks
infolge einer Tunneldurchfahrt nur zu einer geringen und insbesondere
zulässigen
Druckänderungsgeschwindigkeit
im Raum 1 führt.
Muss jedoch das Fahrzeug und mit ihm der gut abgedichtete Raum 1,
nachdem sich in diesem der reduzierte Innendruck ausgebildet hat,
in einem unmittelbar hinter dem Tunnel befindlichen Bahnhof oder
auch in einem im Tunnel 1 eingerichteten, auf normalem
Außendruck
befindlichen Bahnhof angehalten werden, dann ist, wenn keine besonderen Maßnahmen
getroffen werden, entsprechend auch nur ein allmählicher Anstieg auf den höheren Außendruck
möglich.
Das kann zur Folge haben, dass die Fahrzeugtüren, um die Passagiere vor
einem Druckschock zu bewahren, noch eine erhebliche Zeitlang (z.
B. 30 s) geschlossen bleiben müssen,
bis der Druckausgleich hergestellt ist.
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Erfindungsgemäß kann der
Druckausgleich in einem solchen Fall außer mit Hilfe der Vorrichtung nach 1 auch
mit Hilfe einer Vorrichtung nach 3, in der
gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen wie in 1 versehen
sind, beschleunigt werden. Im Unterschied zu 1 weist
die Fahrzeugwand 2 hier lediglich eine an die äußere Umgebung führende Öffnung 25 auf,
die mit einem Regelventil 26 mehr oder weniger weit geöffnet werden
kann. Zur Regelung der Stellung des Regelventils 26 kann
eine Regeleinrichtung entsprechend 1 und 2 verwendet
werden.
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Bei
Anwendung der Vorrichtung nach 3 melden
die Sensoren 3 und 4 am Tunnelende oder in einem
unterirdischen Bahnhof eine vergleichsweise große Druckdifferenz. Infolgedessen öffnet der
Regler 16 das Regelventil 26 derart, dass ein
Druckausgleich zwischen außen
und innen zwar unter Einhaltung der UIC-Kriterien oder anderer Vorschriften, aber
dennoch mit einer Druckänderungsgeschwindigkeit
erfolgt, die wesentlich größer ist,
als sich ergeben würde,
wenn der als dicht angenommene Raum 1 sich selbst überlassen
würde.
Auf diese Art kann die Wartezeit bis zum Öffnen der Fahrzeugtüren wesentlich
und z. B. bis auf wenige Sekunden reduziert werden, was von den
Passagieren kaum wahrgenommen wird.
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4 bis 6 zeigen
beispielhaft einige mögliche
Druckverläufe,
wobei jeweils längs
der Abszisse die Zeit und längs
der Ordinate der Druck in willkürlichen
Einheiten abgetragen ist. Außerdem
gibt pN den normalen Außendruck
in der äußeren Umgebung
an, der z. B. auf einer freien, von einem Zug durchfahrenen Strecke
herrscht.
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In 4 ist
angenommen, dass sich ein Zug mit einem den Raum 1 nach 1 aufweisenden Wagenkasten
längs einer
vorgegebenen Strecke bewegt und zu einem Zeitpunkt t1 in einen Tunnel
A einfährt.
Ferner sei angenommen, dass der Außendruck dadurch längs einer
gestrichelten Linie 28 abrupt auf einen vergleichsweise
niedrigen Wert p1 abfällt,
der z. B. um 3000 Pa niedriger als der Druck pN ist, während der
Tunneldurchfahrt diesen Wert p1 beibehält und nach dem Verlassen des
Tunnels zu einem Zeitpunkt t2 abrupt wieder auf den Wert pN ansteigt.
Weiter sei angenommen, dass der Zug zu einem Zeitpunkt t3 in einen
zweiten Tunnel B einfährt,
in welchem ein Bahnhof vorgesehen ist, in dem der Zug zu einem Zeitpunkt
t4 zum Stillstand kommt. In diesem Tunnel B sinkt der Außendruck
zunächst
längs einer gestrichelt
dargestellten Kurve 29 z. B. nur auf einen Wert p2 ab,
um beim Stillstand des Zugs zu einem Zeitpunkt t4 wieder den Normaldruck
pN anzunehmen.
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Weiterhin
ist in 4 beispielhaft längs strichpunktierter Kurven 30 und 31 der
Verlauf des Innendrucks in einem nur schlecht abgedichteten Raum 1 des
Zugs dargestellt. Wie die Kurven 30, 31 zeigen,
folgt der Innendruck den Kurven 28 und 29 vergleichsweise
schnell, d. h. es findet automatisch und ohne große Verzögerung ein
Druckausgleich statt. Dadurch hat der Innendruck zum Zeitpunkt t2 bereits
den minimalen Außendruck
p1 erreicht, während
kurz nach dem Verlassen des Tunnels A zu einem Zeitpunkt t5 der
Innendruck wieder dem normalen Außendruck pN entspricht. Die
gezeigten Druckänderungen
seien hier einerseits so schnell, dass sie für die Passagiere unangenehm
sind. Andererseits habe aber die Undichtigkeit des Raums 1 auch
zur Folge, dass der Innendruck nach dem Stop des Zugs im Bahnhof
B zum Zeitpunkt t4 vergleichsweise schnell wieder auf den Normaldruck
pN ansteigt und diesen etwa zu einem Zeitpunkt t6 erreicht, so dass
die Fahrzeugtüren
zum Zeitpunkt t6 problemlos geöffnet
werden können.
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In 4 ist
schließlich
beispielhaft längs punktiert
dargestellter Kurven 32 und 33 der Verlauf des
Innendrucks in einem Raum 1 dargestellt, der vergleichsweise
gut abgedichtet ist. Als Folge dessen wird während der Durchfahrt durch
den Tunnel A nur ein vergleichsweise langsamer Abfall des Innendrucks
bis zu einem Wert p3 und nach dem Verlassen des Tunnels A ein vergleichsweise
langsamer Anstieg des Innendrucks bis zum Wert pN beobachtet. Entsprechendes
gilt für
die Fahrt durch den zweiten Tunnel B ab dem Zeitpunkt t3. Die hohe
Dichtigkeit des Raums 1 hat hier allerdings zur Folge,
dass der Innendruck nach dem Stillstand des Zugs zum Zeitpunkt t4
noch eine vergleichsweise große
Zeitlang unter dem normalen Außendruck
pN bleibt, wie die punktierte Kurve 33 zeigt, und diesen
erst nach einem Zeitpunkt t7 erreicht. Daher dürfen die Fahrzeugtüren in diesem
Fall weder zum Zeitpunkt t4 noch zum Zeitpunkt t6 geöffnet werden,
da zu diesen Zeitpunkten für
die Passagiere die Gefahr eines Druckschocks besteht. Es muss vielmehr
abgewartet werden, bis sich der Innendruck etwa zum Zeitpunkt t7
dem Außendruck
pN ausreichend angenähert
hat.
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5 zeigt
die Druckverläufe
bei Anwendung der anhand der 1 beschriebenen,
erfindungsgemäßen Innendruckregelung
für einen
vergleichsweise schlecht abgedichteten Raum 1. Für den Außendruck
und den sich selbsttätig
einstellenden Innendruck werden dieselben Verhältnisse wie in 4 angenommen
(Kurven 28, 29 und 30, 31). Setzt
jedoch erfindungsgemäß bei der
Einfahrt in den Tunnel A die beschriebene Regelung ein, sobald der Außendruck
ausreichend kleiner als der Innendruck ist, dann wird dadurch zunächst das
Regelventil 7 geöffnet
und Luft so schnell aus dem Druckbehälter 5 in den Raum 1 eingelassen,
dass der Innendruck nur allmählich
längs einer
durchgezogenen Kurve 34 in 5 bis auf
einen Wert p4 absinkt. Vorzugsweise erfolgt die Regelung, wie oben
beschrieben ist, in diesem Bereich so, dass die durch die Steigung
der Kurve 34 gegebene Druckänderungsgeschwindigkeit an keiner
Stelle die Verträglichkeitsgrenzen
für die
Passagiere übersteigt.
Nach dem Verlassen des Tunnels A kann durch Schließen des
Regelventils 7 und Öffnen
des Regelventils 8 erreicht werden, dass zeitweise Luft
aus dem Raum 1 in den Unterdruckbehälter 6 abströmt und dadurch
ein abrupter Anstieg des Innendrucks auf den Wert pN vermieden wird.
Auch für diesen
Fall wird die Regelung zweckmäßig unter
Beachtung der Komfortgrenzen durchgeführt.
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Im
Bereich des Tunnels B können ähnliche Druckverläufe realisiert
werden, wie eine durchgezogene Kurve 35 in 5 zeigt.
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6 zeigt
schließlich
den Einfluss einer Vorrichtung nach 3 auf den
Druckverlauf in einem gut abgedichteten Raum 1, wobei sich
im Bereich des Tunnels A dieselben Verhältnisse wie in 4 ergeben
(Kurven 28, 29 und 32, 33).
Da hier im Bereich des Tunnels A die Komfortgrenze nicht überschritten
wird, ist eine Innendruckregelung nicht erforderlich.
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Dagegen
ist für
diesen Fall eine Innendruckregelung im Tunnel B unter Anwendung
der Vorrichtung nach 3 zweckmäßig. Wie die Kurve 33 zeigt,
sind bis etwa zum Zeitpunkt t4 keine besonderen Maßnahmen
erforderlich. Zum Zeitpunkt t4 ist jedoch der Innendruck mit einem
Wert p5 noch erheblich kleiner als der Außendruck pN im Bahnhof B und beim
Stillstand des Fahrzeugs. Daher wird erfindungsgemäß jetzt
das Regelventil 26 in 3 geöffnet, wodurch über die Öffnung 25 in
der Fahrzeugwand 2 ein schnellerer Druckausgleich erfolgen kann.
Erfindungsgemäß wird die
Regelung zwar auch in diesem Fall zu einer derartigen Steuerung des Öffnungszustands
des Regelventils 26 verwendet, dass die Druckänderungsgeschwindigkeit
nicht die Komfortgrenze überschreitet,
sondern der Anstieg des Innendrucks z. B. längs einer durchgezogenen Kurve 36 in 6 erfolgt.
Die Druckänderungsgeschwindigkeit
wird in diesem Fall jedoch so gewählt, dass der erforderliche
Druckausgleich etwa zu einem Zeitpunkt t8 abgeschlossen ist, der
dem Zeitpunkt t4 (Stop des Fahrzeugs im Bahnhof B) wesentlich näher als
der Zeitpunkt t7 liegt. Daher können
die Fahrzeugtüren
bereits zum Zeitpunkt t8 geöffnet
werden, ohne dass sich für
die Passagiere ein unangenehmer Druck auf die Ohren ergibt.
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Wie 4 bis 6 erkennen
lassen, bestehen zwischen den Tunneln A und B normalerweise vergleichsweise
große
Abstände.
Diese ermöglichen es,
die Druckbehälter 5 und 6 zwischen
zwei Regelvorgängen
allmählich
wieder mit Druckluft zu laden bzw. auf den gewünschten Unterdruck zu evakuieren.
Weiter ist ersichtlich, dass insbesondere die Regeleinrichtung nach 1 auch
in Fällen
anwendbar ist, in denen im Raum 1 kurzzeitige bzw. geringfügige Lecks
vorhanden sind. Außerdem
kann bei Anwendung der Vorrichtung nach 1 in gewissen
Grenzen eine allmähliche
Abnahme der Druckdichtigkeit der Fahrzeuge toleriert werden, wie
sie sich beispielsweise über
die Lebensdauer der Fahrzeuge hinweg ergeben kann.
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Die
erfindungsgemäßen Verfahren
und Vorrichtungen können
nicht nur auf geschlossene Räume
von Fahrzeugen angewendet werden. Ähnliche Probleme können sich
auch in Verbindung mit stationären
Räumen
wie z. B. in Verbindung mit Labors ergeben, die für biologische
oder chemische Zwecke genutzt werden. Hierbei besteht zwar in der
Regel nicht die Forderung, dass solche schnellen Druckänderungen
vermieden werden müssen,
die von den in den Labors tätigen
Personen als unangenehm empfunden werden. Es muss jedoch häufig sichergestellt werden,
dass das kurzzeitige Öffnen
einer Tür
oder eines Fensters unabhängig
davon, ob eine Schleuse od. dgl. vorhanden ist, nicht dazu führt, dass
Luft, die mit schädlichen
Stoffen wie z. B. Bakterien oder Viren versetzt ist, aus einem solchen
Raum nach außen entweicht
oder umgekehrt von außen
in den Raum eindringt. Mit Hilfe der Vorrichtung nach 1 wäre es möglich, auch
im Falle des kurzzeitigen Öffnen
einer Tür
oder eines Fensters mit Hilfe eines Überdruck- oder Unterdruckbehälters dafür zu sorgen, dass
eine vorgewählte
Druckdifferenz zwischen dem Innendruck und dem Außendruck
nicht unterschritten wird. Ein wesentlicher, durch die Erfindung
erzielter Vorteil besteht auch in diesem Fall darin, dass keine überdimensionierten
und daher aufwendigen Pumpen, Gebläse od. dgl. vorgesehen werden
müssen, um
nur für
den kurzen Augenblick des Öffnen
einer Tür
od. dgl. mit Sicherheit einen vorgewählten Über- oder Unterdruck in dem Raum aufrechterhalten
zu können.
Wie im Fall des Raums 1 in einem Fahrzeug ergibt sich außerdem der
Vorteil, dass die Druckbehälter 5, 6 sehr
schnell wirksam gemacht werden können
und keine längeren
Anlaufzeiten wie bei einer Pumpe od. dgl. benötigen.
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Die
Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, die
auf vielfache Weise abgewandelt werden können. Dies gilt insbesondere
für die
Größe und die
Zahl der pro Raum 1 vorgesehenen Druckbehälter 5 und 6.
Insbesondere bei größeren Räumen kann
es zweckmäßig sein, mehrere
Behälter 5 und/oder 6 vorzusehen,
um die Luft an verschiedenen Stellen einzulassen oder abzusaugen.
Weiter ist es möglich,
für die
in den Wänden
des Raums vorgesehenen, an die äußere Umgebung
führenden Öffnungen
(z. B. 25 in 3) diejenigen Öffnungen
zu verwenden, die bei Räumen
mit Klimaanlagen ohnehin bereits vorhanden sind, und diese Öffnungen
ggf. mit Regelventilen zu versehen. Außerdem ist es zweckmäßig, während derjenigen Zeiten,
in denen die beschriebene Regeleinrichtung arbeitet, etwa vorhandene
andere Öffnungen
zu verschließen.
Weiter ist klar, dass je nach Fall nur ein Innendrucksensor 3 benötigt wird,
wenn auch die zusätzliche
Anwendung eines Außendrucksensors 4 in vielen
Fällen
zweckmäßig ist,
z. B. bei den beschriebenen Stops in unterirdischen Bahnhöfen. Fahrzeuge,
die ständig
auf derselben Strecke verkehren, können ferner mit speziell an
diese Strecke angepassten und ggf. anhand von Erfahrungswerten berechneten Solldruckkurven
für die
Regeleinrichtung versehen werden. Außerdem kann die aus den Sensoren 3 (und
ggf. 4), den Regelventilen 7, 8 oder 26 und
den Behältern 5, 6 sowie
den Reglern 16 bestehende Regeleinrichtung in Prinzip auf
viele verschiedene Weise hard- und/oder softwaremäßig realisiert
werden. Schließlich
versteht sich, dass die verschiedenen Merkmale auch in anderen als
den beschriebenen und dargestellten Kombinationen angewendet werden
können.