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Einrichtung zur selbsttätigen Regelung von Luftheizungen, insbesondere
für Eisenbahnfahrzeuge Es sind Regeleinrichtungen für Luftheizungen von Eisenbahnfahrzeugen
bekannt, bei denen die Heizmittelzufuhr zum L uft-(i-liitzer stufenweise in Abhängigkeit
von der Anzahl der Abteile geändert wird, in denen die gewünschte untere Grenze
der Raumtemperatur überschritten ist. Dies geschieht beispielsweise bei einer Anlage
mit einem dampfbeheizten Lufterhitzer für die den Abteilen zugeführte Frischluft
mittels eines 1)ampfeinlaßventils, das von einem tbermischen Relais verstellt wird,
dessen Verdanipfungsgefäß vom Dampf erwärmt und @ cn einem Luftstrom angehlasen
wird. Die Regelung erfolgt hierbei durch Änderung der Blasluftmenge mittels eines
in der Blasluftleitung angeordneten Verstellorgans. Dieses ist mit dem Anker eines
Drehmagneten gekuppelt, dessen Erregerwicklung in Reihe mit den untereinander parallel
geschalteten Kontaktthermometern und den Betätigungsspulen der Einzelregler in den
Abteilen geschaltet ist und demgemäß von der Summe der durch die Abteilgeber eingeschalteten
Ströme durchflossen wird.
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Versuche finit einer derartigen Regeleinrichtung haben ergeben, daß
diese nicht unter allen Umständen in der Lage ist, die Aufgabe, in jedem Abteil
die gewünschte Raumtemperatur aufrechtzuerhalten, zu erfüllen. Dieser Mangel beruht
darauf, daß der Wärmebedarf der einzelnen Abteile ungleich groß ist, da er von verschiedenen
Umständen, wie Entfernung des Abteils vom Lufterhitzer, Entfernung des Abteils von
den Wagenenden. Fahrtrichtung des Wagens und Besetzung des Abteils, abhängig ist.
Der gleiche -Nachteil tritt unter Umständen auch bei Luftheizungen mit einem elektrischen
Lufterhitzer auf, bei dem jedem Abteil ein Heizelement des Lufterhitzers zugeordnet
ist,. das von dein Geber des Abteilreglers gesteuert wird. Er ist allen Luftheizungsanlagen
mit Hauptlufterhitzern und stufenweiser, nach der Anzahl der Abteile mit erreichter
Solltemperatur erfolgender Regelung eigen. Der Nachteil soll im folgenden an einer
elektrischen Einrichtung erklärt werden, da hier die Verhältnisse sich leichter
übersehen lassen als bei einer Einrichtung mit dampfbeheiztem Lufterhitzer.
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In :ebb. i ist eine Luftheizungsanlage eines D-Zug-Wagens mit neun
Abteilen und einem - elektrisch beheizten Lufterhitzer schematisch dargestellt.
Der Lufterhitzer i
ist mit einer der Anzahl der Abteile entsprechenden
Anzahl von Heizelementen 2" bis 21 versehen, von denen jedes durch ein der Ausschaltrelais
3, bis 31 geschaltet wi Die erwärmte Luft strömt durch die Vert lungsleitung
4., von der in jedes Abteil ,`t% Ausgangsstutzen 5, bis 51 abgeht. Die Aus=
gänge der Stutzen werden durch die Klappen 6" bis 61 gesteuert. In jedem Abteil
ist ein Kontaktthermometer 7 angeordnet, das mit der Erregerwicklung 8 eines der
Ausschaltrelais 3 und mit einer die Klappe 6 des betreffenden Abteils bei Erregung
schließenden Betätigungsspule g in Reihe geschaltet ist. Bei Überschreiten der Raumtemperatur
gibt das Kontakttherinoineter 7 des betreffenden Abteils Kontakt, schaltet die Erregung
der Spulen 8 und g ein und bewirkt demgemäß die Ausschaltung des dem Abteil zugeordneten
Heizelementes 2 und den Abschluß der Klappe 6.
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Im Beharrungszustand ist jeweils nur ein Teil der Heizelemente 2 zugleich
eingeschaltet, wobei die einzelnen Heizelemente wechseln, die Zahl der eingeschalteten
aber im wesentlichen gleichbleibt. Bei großer Kälte und hohem Wärmebedarf ist die
Zahl der gleichzeitig abgeschalteten Heizelemente 2 und der gleichzeitig geschlossenen
Klappen 6 klein, bei milder Witterung und nur geringem Wärmebedarf dagegen ist die
Zahl der gleichzeitig abgeschalteten Heizelemente und- der geschlossenen Klappen
groß. In den Abb. bis q. ist der zeitliche Ablauf des Regelvorganges unter verschiedenen
Bedingungen dargestellt. Die mit c1 bis i bezeichneten Streifen stellen den
zeitlichen Verlauf der Kontaktgabe der Thermometer 7, die Einschaltung der Heizelemente
:2 und die Stellung der Klappen 6 dar, und zwar stellen die schraffierten Felder,
wie aus dem darunter gezeichneten Diagramm hervorgeht, das den Verlauf der Raumtemperatur
tR und des Überschusses w der Wärmezufuhr über die Wiirmeabfuhr im Abteil i veranschaulicht,
die Zeitspanne dar, in der die Solltemperatur im Raum überschritten ist, das Kontaktthermoineter
also Kontakt. gibt, das Heizelement ausgeschaltet und die Klappe geschlossen ist.
Zur besseren Übersicht ist angenommen, daß die Abteile regelmäßig wiederkehrend
und nacheinander ihre Solltemperatur erreichen. Ferner ist zunächst angenommen,
daß sämtliche Abteile einen gleich großen Wärmebedarf haben und eine gleich gute
Beheizbarkeit aufweisen. Aus dieser Darstellung geht hervor, daß bei großer Kälte
und großem Wärmebedarf (Abb.2) lange Öffnungszeiten der Klappen mit kurzen Schließzeiten
wechseln, während bei milder Witterung und geringem Wärmebedarf (Abb. .I) kurze
(Öffnungszeiten finit langen Schließzeiten wechseln. Bei mittlerer Kälte Viid mittlerem
Wärmebedarf (Abb.3) sind ,die öffnungs- und die Schließzeiten gleich. Wie die die
Gleichzeitigkeit darstellenden Linien I zeigen, sind bei großer Kälte (Abb.2) etwa
sechs Heizelemente eingeschaltet und drei ausgeschaltet, bei milder Witterung (Abb.
q.) dagegen sind jeweils zwei eingeschaltet und sieben ausgeschaltet und bei mittlerer
Kälte (Abb.3) sind etwa vier eingeschaltet und fünf ausgeschaltet. Es sind also
jeweils so viel Heizelemente eingeschaltet, als Abteile vorhanden sind, in denen
die Solltemperatur nicht erreicht ist.
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Wie aus Abb. d. zu ersehen, sind bei milder Witterung die Luftklappen
in den einzelnen Abteilen immer nur eine verhältnismäßig kurze Zeit geöffnet und
lange Zeit geschlossen. so daß die Frischluftzufuhr unter 'Umständen nicht ausreicht.
Durch Verringerung der Leistung der einzelnen Heizelemente ließe sich zwar eine
längere Öffnungszeit der Luftklappen bei milder Witterung und damit ein ausreichender
Luftwechsel erzielen. Dann würde jedoch der Nachteil auftreten, daß bei großer Kälte
die Leistung ,der Heizelemente nicht ausreicht, um in den einzelnen Abteilen, die
starker Abkühlung unterliegen, die Solltemperatur zu erzielen.
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So ist beispielsweise bei dem in Fahrtrichtung vorn liegenden Abteil
infolge der stärkeren Abkühlung durch den Fahrwind der Wärmebedarf größer als in
den hinten liegenden Abteilen. Sind diese einem erhöhten Wärmeentzug ausgesetzten
Abteile, was häufig der Fall ist, die vom Lufterhitzer am weitesten entfernten,
so ist an sich schon infolge der Abkühlung, die die Luft auf dein langen Weg zu
diesen Abteilen erfährt, ihre Temperatur bei Eintritt in diese Abteile geringer
als bei anderen Abteilen. Hinzu kommt, daß die Luftklappen der Abteile meist nicht
vollständig dicht abschließen, so daß die Abteile finit jeweiligem Wärmebedarf dann
gleichwohl nicht ganz die volle, ihnen nach dem Regelvorgang zukommende Luft-und
Wärmemenge erhalten, was durch gleichzeitige Belieferung anderer, nicht geregelter
Verbrauchsstellen, z. B. der Flurheizung, meist noch gesteigert wird.
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Bei großer Kälte steigt nun der Wärmebedarf soweit, daß die Klappen
der schwerer heizbaren Abteile dauernd geöffnet sind. Trotzdem bleiben diese Abteile
zu kühl, wenn die Heizelemente der übrigen, leichter heizbaren Abteile unabhängig
von der Raumtemperatur in den benachteiligten Abteileis von ihren Gebern nach wie
vor zeitweilig abgeschaltet werden und infolgedessen die noch
erforderliche
Steigerung der Gesamtwärmezufuhr nicht erreichbar ist. Es kann also vorkommen, daß,
obwohl in einigen Abteilen ein . unbefriedigter Wärmebedarf besteht, immer ein Teil
der Heizelemente abgeschaltet und gar nicht zur Lieferung der fehlenden Wärme mit
herangezogen wird.
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Sonach besteht bei einer Einrichtung zur selbsttätigen Regelung von
Luftheizungen, bei der die Erwärmung der Frischluft in einem stufenweise von Abteilgebern
nach der Anzahl der Abteile mit erreichter Solltemperatur gesteuerten Hauptlufterhitzer
mit einem gegen die Wirkung einer Rückstellfeder betätigten Verstellorgan vorgenommen
wird, der Nachteil, daß entweder bei reichlich bemessener Leistung der einzelnen
Heizelemente oder Heizstufen die Lüftung bei milder Witterung ungenügend ist oder
daß bei weniger reichlich bemessener Leistung der einzelnen Heizelemente oder Heizstufen
die gleichzeitige Aufrechterhaltung der Solltemperatur in allen Abteilen bei größerer
Kälte in Frage gestellt ist. Die Beseitigung dieser Nachteile ist die der Erfindung
zugrunde liegende Aufgabe.
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Aus den Abb. 2 bis 4. geht ferner hervor, daß die mittlere Raumtemperatur
bei großer Kälte unter, bei milder Witterung dagegen über der Solltemperatur ts
liegt. Auch dieser Nachteil wird durch die erfindungsgemäße Einrichtung behoben.
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Gemäß der Erfindung wird daher die Rückstellfeder des V erstellorgans
der Außentemperatur ausgesetzt und als Bimetallfeder ausgebildet, die bei tiefer
Außentemperatur eine größere Rückstellkraft ausübt als bei hoher Außentemperatur.
Es muß dann bei großer Kälte in etwa ebensoviel Abteilen die Solltemperatur überschritten
werden wie bei milder Witterung, ehe das Verstellorgan in der Lage ist, die jeweils
ausreichende Drosselung des Dampfeinlaßventils herbeizuführen. Frei der in Abb.
i zur Darlegung des durch die Erfindung zu behebenden Mangels dargestellten Einrichtung
würde die Anwendung dieses Grundsatzes bedeuten, daß mit der Abschaltung von n Klappen
bei tiefer Außentemperatur nicht gleichzeitig auch tt Heizelemente, sondern eine
geringere, bei milder Witterung eine größere Anzahl ausgeschaltet werden. Es sind
durchschnittlich, ob es kalt oder warm ist, immer etwa die Hälfte der Abteilklappen
in Schließstellung. Dieser Zustand ist für die Abteilklappenregelung der beste.
Dadurch, daß bei genügender Gesamtwärmezufuhr auch bei Kälte nur die Hälfte der
Klappen offenstehen, erhalten diese Luft finit höheren Temperaturen, und die Abteile
mit großem Wärmebedarf werden kräftiger beheizt. Bei milder Witterung schließen
ebenfalls nur die Hälfte der- Klappen, und der Luftwechsel bleibt soweit wie möglich
aufrechterhalten.
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`In der Zeichnung sind zwei Ausführungs-'.be_ispiele der Erfindung
schematisch darge-;.igtellt, und zwar zeigt ` Abb. 5 eine Regeleinrichtung für einen
dampfbeheizten Lufterhitzer, Abb.6 eine Regeleinrichtung für einen Lufterhitzer
mit elektrischer Beheizung. Dem mit einer von Dampf beaufschlagt:m und von der zu
erwärmenden Frischluft umströmten Rohrschlange ausgerüsteten Lufterhitzer i wird
der Heizdampf durch die Leitung z zugeführt. In dieser ist das Dampfeinlaßventil
angeordnet, dessen durch eine Feder 21 belasteter Ventilkegel q. mit dem beweglichen
Boden des am Ventilgehäu:@e befestigten Federungskörpers 5 verbunden ist. Durch
die Bohrung 27 steht das Innere des Federungskörpers 5 mit dem rohrförmigen Verdampfungsgefäß
7 in Verbindung, das eine verdampfende Flüssigkeit enthält. Das Verdampfungsgefäß
7 ist aus einem gut wärmeleitenden Werkstoff gebildet und mit dem Ventilgehäuse
wärmeleitend verbunden, so daß es von dem durch das Ventil strömenden Heizdampf
erwärmt wird.
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In das das Verdampfungsgefäß 7 umgebende Mantelrohr 8 mündet eine
Leitung 9, in die eine Düse 29 eingesetzt ist. Dieser Düse 29, die auf den mit Kühlrippen
versehenen Teil des Verdampfungsgefäßes 7 gerichtet ist, wird durch die Leitung
18 ein Luftstrom zugeführt, dessen Menge durch das Verstellorgan i9 geäridert werden
kann. Das Verstellorgan i9 ist mit dem Anker 2o eines Drehmagneten gekuppelt, dessen
Erregerwicklung 12 in Reihe niit den untereinander parallel geschalteten Kontaktthermometern
15 und den Betätigungsspulen 17 der Luftklappen in den einzelnen Abteilen des Wagens
geschaltet ist. Hierbei sind in jedem Abteil drei bei verschiedenen Temperaturen
kontaktgebende Thermometer 15 angeordnet, von denen das bei der jeweils gewünschten
Raumtemperaturansprechende mittels des Schalters 16 eingestellt wird.
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Die Wirkungsweise dieser Einrichtung ;st folgende: Sebald Heizdampf
durch das Einlaßventil strömt, wird das mit diesem in wärmeleitender Verbindung
stehende Verdampfungsgefäß 7 erwärmt, so daß die darin enthaltene Flüssigkeit verdampft
und der entwickelte Druck den Federungskörper 5 ausdehnt, dadurch den Ventilkegel
q. seinem Sitz nähert und die Dampfzufuhr drosselt. Dieser Beheizung durch den Heizdampf
wirkt die. Kühlung durch den das Verdampfungsgefäß ; anblasenden Luftstrom entgegen.
Zwischen
der Beheizung des Verdampfungsgefäßes i durch den Heizdampf
und der Kühlung durch den Blasluftstrom ergibt sich ein Gleichgewichtszustand, der
durch Bemessung der Blasluftmenge so eingestellt wird, daß das Ventil bei der sich
hierbei ergebenden Stellung des Ventilkegels ¢ die Dampfmenge durchläßt, die zur
Erwärmung der Luft auf die gewünschte Temperatur erforderlich ist.
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Wird nun in einem der Abteile die Solltemperatur, d. h. die Kontakttemperatur
des jeweils eingeschalteten Thermometers 15,
überschritten, so wird der Drehmagnet
erregt und drosselt das Verstellörgan ig. Infolge der verringerten Beaufschlagung
mit Luft erwärmt sich das Verdarnpfungsgefäß höher, der Druck seines Inhaltes steigt
und bewirkt eine Drosselung des Dampfeinlaßventils. Steigt die Raumtemperatur' in
mehreren Abteilen über den Sollwert an, so wird die Erregung des Drehmagneten entsprechend
der Anzahl dieser Abteile verstärkt und so eine erhöhte Drosselung des Dampfeinlaßventils
hervorgerufen.
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Die Feder, die den Anker 2o des Dreh> magneten bei Nachlassen oder
Aufhören der Erregung wieder in die Ausgangsstellung zurückbringt, wird als Bimetallfeder
30 ausgebildet und beispielsweise durch Anordnen in einem Luftstrom, der
von dem vom Gebläse angesaugten Frischluftstrom abgezweigt ist, der Außentemperatur
ausgesetzt. Die Bimetallfeder 30 ist so angeordnet, daß sie bei tiefer Außentemperatur
eine größere Rückstellkraft ausübt als bei milder Außentemperatur. Dadurch wird
erreicht, daß bei tiefer Außentemperatur die Erregung des Drehmagneten durch den
von nur einem Abteilgeber eingeschalteten Strom nicht ausreicht, um den Anker 2o
zu bewegen, sondern daß zu diesem Zweck erst mehrere Thermoineter Kontakt geben
müssen, und zwar um so mehr, je tiefer die Außentemperatur ist. Damit ist aber die
sichere Beheizung auch der hinsichtlich der Belieferung mit Warmluft und des Wärmeentzuges
benachteiligten Abteile auch bei tiefer Außentemperat(ir sichergestellt, ohne daß
es erforderlich ist, bei milder Witterung einen ungenügenden Luftwechsel in Kauf
zu nehmen.
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Bei der in Abb.6 dargestellten Regeleinrichtung für den mit einer
der Anzahl der Abteile entsprechenden Anzahl von elektrischen Heizelementen 32 versehenen
Lufterhitzer wird von dem Drebinagneten, dessen Erregung ebenso geschaltet ist wie
bei dem in Abb. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel, eine Schalteinrichtung für
die Heizelemente betätigt, die je nach der Erregung des Drehniagneten mehr oder
weniger Heizelemente einschaltet. Der Schalter besteht bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
aus einem mit dem Anker 2o des Drehmagneten gekuppelten, um den Punkt 33 drehbaren
Arm 34.. der an seinem freien Ende eine Blattfeder 35 trägt. Bei wachsender Erregung
des Drehinagneten bewegt sich der Arm 34. im Uhrzeigersinn, legt hierbei nacheinander
die drehbar gelagerten Kipphebel 36 um und schaltet so nacheinander die Heizelemente
32 ab. Bei abnehmender Erregung geht der Arm 34. zurück und schaltet die Heizelemente
3a wieder ein.
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Auch hier ist die Rückzugsfeder des Drehmagneten als eine der Außentemperatur
ausgesetzte Bimetallfeder 3o ausgebildet, die bei tiefer Außentemperatur eine größere
Rückstellkraft ausübt als bei hoher Außentemperatur, mit der Folge, daß bei großer
Kälte mehr Heizelemente @eingeschaltet bleiben, als der Anzahl derjenigen Abteile
entspricht, in denen die Solltemperatur nicht erreicht ist. Hierdurch wird eine
ausreichende Beheizung auch der benachteiligten Abteile gewährleistet.
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Der Drehmagnet kann hiernach als gemeinsamer Vorregler für Dampf-
und elei<-trische Luftheizung benutzt werden, indeia man das Luftventil und die
Schalteinrichtung zusammenbaut. Letztere hat dabei den Vorteil, daß man mit der
Wahl der Heizstufenzahl unabhängig von der Zahl der Abteilgeber ist und dadurch
an Heizschützen usw. spart.