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Selbsttätige Regelung der Heizung mehrerer Räume, insbesondere der
Abteile eines Eisenbahnfahrzeuges Die Erfindung bezieht sich auf eine Regelung der
Heizung mehrerer Räume, insbesondere der Abteile eines Eisenbahnfahrzeuges, bei
der die Wärmezufuhr zu sämtlichen Räumen selbsttätig ,dem Gesamtbedarf der Räume
mittels eines in Abhängigkeit von der Summe der Impulse der Raumtemperaturfühler
in den einzelnen Räumen gesteuerten Organs angepaßt wird, das bei einer Umlaufheizung
die Menge oder Temperatur des dem Heizmittelkreislauf zugesetzten Heizmittels (Dampf,
Warmwasser oder elektrischer Strom), bei einer Luftheizung die Menge des dem allen
Räumen gemeinsamen Lufterhitzer zugeführten Heizmittels ändert. Das in dieser Weise
gesteuerte Organ ist hierbei entweder das in der Heizmittelzuleitung zu den Räumen
oder zu dem Lufterhitzer angeordnete Ventil (Schaltwalze o. dg1.) selbst oder aber
ein Ventil o. dgl., das die Temperatur eines das Heizmittelventil steuernden Temperaturfühlers,
beispielsweise durch Änderung des Mischungsverhältnisses, des den Fühler beaufschlagenden
Gemisches aus zwei Bestandteilen verschiedener Temperatur (Frischdampf und rückkehrendes
Dampfluftgemisch öder Warm- und Kaltluft), ändert.
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Es ist bekannt, das die Änderung der Heizmittelzufuhr bewirkende Organ
mit dem Anker eines Drehmagneten zu kuppeln, dessen Erregung in Reihe mit den untereinander
parallel geschalteten Raumtemperaturfühlern und den von diesen eingeschalteten Widerständen
geschaltet ist und den Anker bei Zunahme der Anzahl der ansprechenden Raumtemperaturfühler
entgegen der Wirkung einer Rückzugfeder verstellt.
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Gemäß der Erfindung wird das die Heizmittelzufuhr ändernde Organ von
einem mit
einer elektrischen Heizwicklung versehenen, bei Änderung
seiner Raumtemperatur seine Form oder Länge ändernden, vorzugsweise als Zweimetallspirale
oder -wendel ausgebildeten Glied verstellt, dessen Heizstrom von einem mittels elektrischer
Eigenerwärmung arbeitenden Wärmeschalter mit ein- und ausgeschaltet wird, dessen
Schaltzeiten durch Einwirkung des vom Summenstrom der Regelung erregten Magneten
auf einen an seinem Arbeitskörper (Zweimetallstreifen) angebrachten Anker beeinflußt
werden.
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Diese Einrichtung arbeitet also in der Weise, daß die Heizwicklung
des Stellgliedes, das auf das die Heizmittelzufuhr ändernde Organ einwirkt, und
zugleich die des Wärmeschalters von diesem absatzweise wiederkehrend an Spannung
gelegt werden. Je größer die Anzahl der ansprechenden Raumtemperaturfühler und je
stärker damit die Erregung des im Sinne der Aufrechterhaltung der Beheizung auf
den Anker des Arbeitskörpers des Wärmeschalters einwirkenden Magneten ist, tun so
stärker muß derArbeitskörper erhitzt werden, ehe er die Beheizung unterbricht. Diese
erhöhte Temperatur der Zweimetallfeder sowohl des Wärmeschalters als auch des mitgesteuerten,
die Heizmittelzufuhr ändernden Organs wird dann durch entsprechend lange Einschaltzeiten
und kurze Ausschaltzeiten ihrer Heizwicklungen aufrechterhalten. Zweckmäßig sind
diese Heizwicklungen so angebracht oder ihre Oberflächen so gestaltet, daß die von
ihnen beeinflußten temperaturempfindlichen Teile auch möglichst gleichen Abkühlungsverhältnissen
unterliegen. Infolge ihrer gleichzeitigen Beheizung wird nämlich dann der mittlere
Hub des auf das Organ wirkenden Stellgliedes demjenigen der Zweimetallfeder des
Wärmeschalters, den diese bei Freigabe, d. h. bei gelochtem plötzlichen Fortfall
des Magneten und des Kontaktanschlages in ihrem jeweiligen Heizzustand ausführen
würde, verhältnisgleich, und da die Spannung der Zweimetallfeder in ihrer wirklichen
Lage (in Kontaktstellung) sowohl diesem Hub als auch dem auf ihren Anker wirkenden
Magnetfeld verhältnisgleich ist, ergibt sich somit eine lineare Abhängigkeit zwischen
dem Regelstrom der Abteile und der Verstellung des die Änderung der Heizmittelzufuhr
bewirkenden Organs.
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Die Beheizung des Stellgliedes und der Zweimetallfeder des Wärmeschalters
. kann durch Überbrücken der Heizwicklungen ausgeschaltet werden, wodurch ein besonderes
Umkehrrelais entbehrlich wird.
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Die Vorteile, die mit dieser Einrichtung zur mittelbaren oder ummittelbaren
Verstellung des die Heizmittelzufuhr ändernden Organs erzielt werden, bestehen einmal
in der großen Verstellkraft, die Reibungswiderstände sicher überwindet und nur eine
geringe elektrische Leistung erfordert. Die Verstellung erfolgt allmählich, wodurch
zugleich einer Überregelung vorgebeugt wird. Die Einrichtung ist unempfindlich gegen
Stöße, wie sie im Eisenbahnbetrieb unvermeidlich sind. Nur das Stellglied braucht
in der Nähe des Heizmittelventils angeordnet zu werden, während der empfindliche
Wärmeschalter an leicht zugänglicher und geschützter Stelle, beispielsweise in einem
der beheizten Räume oder auf der Hauptschalttafel, untergebracht werden kann.
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Das Stellglied wird zweckmäßig der Außentemperatur ausgesetzt, während
der Arbeitskörper (Zweimetallstreifen) des Wärmeschalters von der Raumtemperatur
oder einer ihr ungefähr gleichen Temperatur, z. B. der Temperatur im Schalttafelschrank,
umgeben wird. Hierdurch verlagert sich der Ausschlagbereich des Heizmittelventils
bei verschiedenen Außentemperaturen im günstigsten Sinne. Dieses Ventil muß nämlich
bei kalter Witterung mehr öffnen als bei milder. Verleiht man ihm also eine passende
Voreinstellung, so vermögen sowohl bei kalter als auch bei milder Witterung im Mittel
etwa die gleiche Anzahl durchschnittlich schaltender Abteilthermostaten das Gleichgewicht
der Regelung aufrechtzuerhalten. Andernfalls müßten zur Erreichung der jeweils passenden
Hublage des die Heizmittelzufuhr ändernden Organs bei Kälte stets wenig, bei milder
Witterung stets viel Abteilregler zugleich abschalten, d. h., die mittlere Wagentemperatur
läge im ersten Fall tiefer als im zweiten, und bei ungleichem Wärmebedarf können
unter Umständen bei Kälte einzelne Abteile zu kalt bleiben, bei milder Witterung
zu waren werden.
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Die Beeinflussung des Stellgliedes durch die Außentemperatur kann,
falls sie zu groß ist, durch ein weiteres, bei Änderung seiner Temperatur seine
Form oder Länge änderndes, der Außentemperatur ausgesetztes, uiibeheiztes Glied
teilweise oder ganz aufgehoben «-erden, das den Festpunkt des Stellgliedes verstellt.
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Durch Anordnung des Stellgliedes, derart, daß es dem Fahrwind ausgesetzt
ist, wird der Vorteil erreicht, daß bei fahrendem Wagen das Gehäuse, in dem das
Stellglied untergebracht ist und dessen Wandung durch die Beheizung etwas miterwärint
wird, stärker gekühlt werden als bei Stillstand des Wagens. Diese verstärkte Wärmezufuhr
wirkt auf das Stellglied zurück. Dies ist erwünscht, da beim Fahren das Heizmittelventil
wegen des höheren Heizmittelbedarfs weiter öffnen soll
als bei Stillstand.
Die Einrichtung spricht also schon auf Witterung und Fahrwind an, ohne die Impulse
der Abteilregler abzuwarten.
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Die mit einer Heizwicklung versehene Zweimetallfeder des Wärmeschalters
kann, um diesen ebenfalls von Schwankungen der ihn umgebenden Temperatur unabhängig
zu machen, in ähnlicher Weise mit einer nicht beheizten, sich bei Änderung ihrer
Temperatur entgegengesetzt krümmenden Zweimetallfeder gekuppelt werden. Die nicht
beheizte Zweimetallfeder bildet hierbei zweckmäßig der Verlängerung der beheizten
Zweimetallfeder und wird an ihrem freien Ende festgehalten, wobei die beiden Federn
an der Stoßstelle zwischen zwei gekrümmten Backen einspannt oder mittels einer Schneide
o. dgl. gegelagert sind. Bei Anstieg der Umgebungstemperatur bilden die beiden Federn
eine flache S-Form, ohne daß die Kontaktstelle sich ändert. Zweckmäßig ordnet man
zur Schonung der Kontakte die Zweimetallfeder des Wärmeschalters mit ihrer Heizwicklung
in einer luftleer gemachten Glasröhre an, durch deren Wandung die Anschlußleitungen
durchgeführt sind, während die magnetische Einwirkung durch das Glas hindurch erfolgt.
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Die Spannung des von den Raumtemperaturfühlern eingeschalteten Stromes
ist nicht immer gleichbleibend und bringt diesen Strom mitunter zu stark zur Wirkung.
Diese Schwankungen lassen sich einer weiteren Ausbildung der Erfindung gemäß durch
einen auf eine der beiden Zweimetallfedern des Wärmeschalters einwirkenden' zusätzlichen
Magneten annähernd ausgleichen, dessen Erregung an die den vom Summenstrom erregten
Magneten über die Raumtenperaturfühler speisende Stromquelle gelegt ist. Eine andere
Möglichkeit des Ausgleiches dieser Spannungsschwankungen besteht darin, daß der
auf die Zweimetallfeder des Wärmeschalters einwirkende Magnet gegen eine Feder von
einem Magneten verschiebbar ist, dessen Erregung an die gleiche Stromquelle gelegt
ist. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß bei höherer Klemmenspannung die Abreißkraft
am Kontakt des Wärmeschalters verstärkt oder die Einwirkung des Feldes des vom Summenstrom
erregten Magneten auf den Kontakt geschwächt wird.
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Um für den Fall einer Störung des elektrischen Teiles der Regeleinrichtung
die Möglichkeit einer Verstellung des die Heizmittelzufuhr ändernden Organs zu haben,
wird ein von Hand zu betätigender Hebel angeordnet, der mit dem die Heizmittelzufuhr
ändernden Organ über eine dessen Bewegung unter dem Einfluß des Stellgliedes nicht
hindernde Schleppkupplung verbunden ist. In der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele
der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Abb. i eine Einrichtung, bei der die Heizwicklungen
mittels eines Relais abgeschaltet werden, Abb. z eine Einrichtung, bei der die Heizwicklungen
durch überbrücken ,ausgeschaltet werden, Abb.3 einen Einlaßregler einer Umlaufheizung,
der mittels der Einrichtung gesteuert wird, Abb. q. das zur Steuerung der Drehklappe
des Einlaßreglers nach Abb. 3 dienende Stellglied, Abb. 5 den Wärmeschalter.
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Bei der in Abb. i dargestellten Einrichtung wird das Heizmittelventil
i von dem temperaturempfindlichen, bei Zunahme seiner Temperatur das Ventil i drosselnden
Stellglied 3 verstellt, in dessen Nähe .die Heizwicklung :2 angeordnet ist. Die
Wicklung ist in Reihe mit der Heizwicklung 4. des Wärmeschalters 8 geschaltet; beide
Heizwicklungen a und 4. werden bei Erregung der Spule des Relais io ausgeschaltet.
Die Wicklung .4 beheizt eine Zweimetallfeder 7, die sich bei Erwärmung so krümmt,
daß der im Stromkreis der Spule des Relais io liegende Kontakt 12 geschlossen wird.
An der Feder 7 ist ein Eisenstück i i befestigt, auf das der Magnet 6 einwirkt.
Die Wicklung des Magneten 6 ist in Reihe mit den untereinander parallel geschalteten
Temperaturfühlern 5 in den einzelnen Räumen und den von diesen geschalteten Widerständen
13 geschaltet.
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Solange in keinem oder nur wenigen Abteilen die Ansprechtemperatur
der Fühler 5 erreicht ist, wird der Magnet 6 nicht oder nur schwach erregt, so daß
dieser nur eine geringe Anziehung auf den Anker i i ausübt. Infolgedessen genügt
schon ein kurzes Einschalten der Heizwicklung 4., um die Feder 7 soweit zu erwärmen,
daß sieden Kontakt 12 schließt und am Relais io die Beheizung unterbricht. Bei großem
Wärmebedarf des Wagens wechseln also kurze Einschaltzeiten mit langen Ausschaltzeiten
der Heizwickwicklung q.. Die gleichzeitig mit der Wicklung q. ein- und ausgeschaltete
Heizwicklung 2 beheizt infolgedessen das Stellglied 3 nur wenig, so daß es das Heizmittelventil
i nicht drosselt. Steigt dieAnzZabl der ansprechenden Raumtemperaturfühler 5, so
wächst auch die Erregung des Magneten 6 und die von ihm auf den Anker i i ausgeübte
Kraft, so daß zum Schließen des Kontaktes 12 eine höhere Temperatur der Feder 7
erforderlich ist. Diese wird durch Verlängerung der Einschaltzeiten der Heizwicklung
4 erreicht. Die--damit verbundene Verlängerung der Einschaltzeiten
der
Heizwicklung 2 bedingt eine Erhöhung der Temperatur des Stellgliedes 3, was wiederum
eine Drosselung des Heizmittelventils i zur Folge hat.
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Bei dem in Abb.2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Ausschaltung
der Heizwicklungen :2 und .4. durch Überbrücken mittels des den Kontakt 12 und den
Vorschaltwiderstand 9 enthaltenden Leiters i j bewirkt, wodurch das bei der Einrichtung
nach Abb. i erforderliche Relais io entbehrlich wird.
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Abb.3 zeigt einen Einlaßregler für eine Umlaufdampfheizung, dessen
Ventilkegel 16 von einem festen Ausdehnungskörper 17 gesteuert wird, der über die
Drehklappe 18 von einem veränderlichen Gemisch aus rückkehrendem Frischluftgemisch
und Frischdampf beaufschlagt wird. Die Drehklappe 18 wird mittels der Einrichtung
gemäß der Erfindung gesteuert.
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Der aus der Hauptdampfleitung entnommene Frischdampf strömt durch
die Leitung 2o über das aus der Düse 21 und dem Kegel 16 gebildete Einlaßreglerventil
und den Diffusor -22 in die Vorlaufleitung 23 der Wagenheizung. In der dem Ventil
16, 21 gegenüberliegenden Wand des Gehäuses ist eine Öffnung angeordnet, an die
sich ein mit Schlitzen versehener Zylinder 24 anschließt. In diesem gleitet ein
Kolben 25, der auf der Spindel 26 des Kegels 16 befestigt ist. Auf den Kolben
25 wirkt der mittels einer Kugel in einer Wand der Kammer i9 schwenkbar gelagerte
Hebel a7, an dessen anderem Arm die Zugstange 28 des Ausdehnungsrohres 17 angreift.
Das freie Ende des Rohres 17 gleitet in der Muffe 29, von der die Leitung
30 zum Saugraum der Düse :21 führt. Von dem Gehäuse der Drehklappe 18 führt
die Verbindung 31 zum Saugraum der Düse 21 und die Verbindung 32 zum Ausdehnungsrohr
17. In das Gehäuse der Drehklappe i 8 mündet die von-der Kammer i9 des Einlaßreglers
ausgehende Verbindung 33 und die Rücklaufleitung 34. der Heizung.
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Die Welle 35 der Drehklappe i8 ist, wie Abb..4 zeigt. aus dem Gehäuse
36 des Einlaßreglers hinausgeführt und mit dem einen Ende der in dem Gehäuse 37
angeordneten Zweimetallwendel 3 verbunden. Um das Gehäuse 37 ist die Heizwicklung
2 gewickelt. Am anderen Ende der Wendel 3 ist ein Stift 38 befestigt, der aus dem
Gehäuse 37 hinausgeführt und mit dem Ende der andererseits am Gehäuse 37 befestigten
Zweimetallwendel 39 verbunden ist.
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Zwischen dem Gehäuse 36 des Einlaßreglers und dem Gehäuse 37 ist ein
Zwischenstück 4o aus einem Stoff von geringer Wärmeleitfähigkeit angeordnet, das
ein Erwärmen der Zweimetallwendel 3 durch den den Einlaßregler durchströmenden Dampf
verhindert. Ein auf der Welle 35 der Drehklappe i8 angeordneter Abtropfteller 14
verhindert das Eindringen von Niederschlagwasser in das Gehäuse 37. Das Niederschlagwasser
wird durch ein Röhrchen 4.2 ins Freie geleitet.
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Der Einlaßregler ist so unter dein Wagen angeordnet, daß das Gehäuse
37 der Zweimetall«=endel 3 und die Zweimetallwendel 39 dem Fahrwind ausgesetzt sind.
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Der die Heizwicklung 2 schaltende Wärmeschalter ist in Abb. 5 dargestellt.
Er besteht aus der zwischen der gewölbten Backe 45 und der gekrümmten Blattfeder
.16 eingespannten Zweimetallfeder 7, an der ein unter der Einwirkung des Magneten
6 stehender Anker i i befestigt ist. Die Zweimetallfeiler 7 liegt in kaltem Zustand
mit ihrem freien Ende an dem festen Anschlag 4.7 an und schnellt, sobald ihre durch
Erwärmung hervorgerufene Spannung die vorn Magneten 6 auf ihren Anker» ii ausgeübte
Kraft überwindet, plötzlich in die andere Endstellung, in der sie sich gegen den
Kontaktstift 12 legt. Bei der nun folgenden Abkühlung der Feder 7 sinkt deren Spannung,
so daß der Magnet 6 die Feder 7 plötzlich wieder zur Anlage am Anschlag 47 bringt.
An die Zweimetallfeder 7 schließt sich jenseits ihrer Einspannung eine entgegengesetzt
wirkende Zweimetallfeder _.8 an, deren Ende zwischen einer gewölbten Backe .t9 und
einer gekrümmten Blattfeder 5o eingespannt ist. Die Feder :48 trägt einen Anker
52, der im Felde eines Magneten 53 liegt. Die Erregung des Magneten 53 ist an die
den Magneten 6 über die Raumtemperaturfühler 5 und die Widerstände 13 speisende
Stromquelle gelegt. Die Zweimetallfedern 7 und .1 .8 und die Heizwicklung d. sind
in einem luftleeren Glasgehäuse 54. angeordnet.
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Parallel zu den Temperaturfühlern 5 ist ein der Außentemperatur und
der Sonnenstrahlung ausgesetzter, beispielsweise auf dem Wagendach angeordneter
Temperaturfiihler 56 geschaltet, der bei Ansprechen den Magneten 6 über einen Widerstand
57 erregt, der wesentlich kleiner ist als die Widerstände 13. Parallel zu dem Temperaturfühler
56 ist ein von Hand zu betätigender Schalter >8 angeordnet. .
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Die Wirkungsweise der in Abb.3 bis dargestellten Einrichtung ist folgende:
Bei hohem Wärmebedarf des Wagens ist der Magnet 6 schwach erregt, so daß bei den
Heizwicklungen 4. und 2 kurze Einschaltzeiten mit langen Ausschaltzeiten wechseln.
Die Zweimetallwendel 3 bleibt infolgedessen kalt und hält die Drehklappe 18 in der
in
Abb. 3 vollgezeichneten Stellung, in der das Ausdehnungsrohr
17 nur von dem aus der Heizung zurückkehrenden kalten Dampfluft-. gemisch beaufschlagt
wird und das Einlaßreglerventil 16, 2z voll öffnet.
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Wird infolge Ansprechens mehrerer Raumtemperaturfühler -5 die Erregung
des Magneten 6 verstärkt, so verlängern sich die Einschaltzeiten der Heizwicklungen
2 und ¢, und die Zweimetallwendel 3 nimmt eine höhere Temperatur an. Hierbei verstellt
sich die Drehklappe 18 in Richtung des Uhrzeigers, so daß beim Ausdehnungsrohr
17 nur ein Teil des aus der Heizung zurückkehrenden Dampfluftgemisches und
außerdem ein Teil des durch die Schlitze des Zylinders 24 durchtretenden Frischdampfstromes
zugeführt wird. Die so herbeigeführte Erwärmung des Ausdehnungsrohres 17 bewirkt
eine Drosselung des Einlaßreglerventils 16, 21.
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Der Einfluß der Außentemperatur auf die Zweimetallwendel 3, der bei
absinkender Außentemperatur eine Verstellung der Drehklappe 18 im Sinne einer Erhöhung
der Frischdampfzufuhr zur Heizung bewirkt, wird teilweise durch die Gegenwendel
39 aufgehoben, die bei Absinken der Außentemperatur den unteren Endpunkt der Wendel
3 entgegen der Richtung der Verstellung ihres oberen Endpunktes verstellt.
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Infolge der Anordnung des Gehäuses 37 im Fahrwind erfolgt Blessen
Abkühlung bei Fahrt rascher als bei Stillstand des Wagens, so daß bei Fahrt die
Temperatur der Zweiinetallwendel 3 geringer ist und infolgedessen das Einlaßreglerventil
mehr Frischdampf durchtreten läßt.
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Eine Beeinflussung des Wärmeschalters 8 durch die Temperatur der Umgebung
wird durch die Gegenfeder 48 ausgeglichen, die bei Zunahme der Umgebungstemperatur
sich in die gestrichelt gezeichnete Stellung durchbiegt und hierbei die durch diesen
Temperaturanstieg bedingte Verlagerung des oberen Endes der Feder 7 durch Schiefstellen
ihres eingespannten Endes aufhebt.
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Der auf den Anker 52 einwirkende, parallel zu dem Magneten 6 und den
Temperaturfühlern 5 geschaltete Magnet 53 zieht bei Zunahme der Klemmenspannung
den Anker 52 stärker an und gleicht so die durch die Zunahme der Klemmenspannung
bedingte Verstärkung des Feldes des Magneten 6 annähernd aus.
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Ist die Außentemperatur auf einen Wert gestiegen, bei dem eine Heizung
nicht mehr erwünscht ist oder ist der Wagen der Sonnenstrahlung ausgesetzt, so spricht
'das Thermometer 56 an, und der Magnet 6 wird Tiber den kleinen Widerstand 57 erregt
und bewirkt eine völlige Unterbrechung der Frischdampfzufuhr der Heizung. Dasselbe
kann auch von Hand durch Schließen des Schalters 58 erreicht werden.
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Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen wirkt sich die Kennlinie
des magnetischen Feldes besonders günstig auf den Wärmeschalter .aus, indem dieser
dadurch zu ruckartigem Öffnen und Schließen gebracht wird (Abrißwirkung).
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Die Erfindung ist mit den dargestellten Ausführungsbeispielen nicht
erschöpft, vielmehr können die ihr zugrunde liegenden Gedanken noch in beliebig
anderer Weise verwirklicht werden. So kann beispielsweise an der Zweimetallfeder
7 noch ein besonderer Abreißmagnet angeordnet werden, oder die Einspannung der Federn
7 und 48 kann mittels einer Schneidenlagerung oder einer ähnlichen, die S-förmige
Durchbiegung dieser Federn ermöglichenden Weise erfolgen. Ferner kann der Ausgleich
der veränderlichen Klemmenspannung auch in der Weise bewirkt werden, daß ein an
dieser Klemmenspannung liegender Magnet den vom Summenstrom erregten Magneten 6
entgegen der Wirkung einer Feder verschiebt, so daß sein Feld den Anker i i weniger
stark beeinflussen kann.