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Leistungsregler für elektrische Heizungen
Die Erfindung bezieht sich auf einen Leistungsregler für elektrische Heizungen, insbesondere für Schienenfahrzeuge. Leistungsregler für elektrische Heizungen, welche die Einstellung auf verschiedene Heizstufen ermöglichen, waren bisher nach dem Prinzip der Bimetallschalter aufgebaut. Das Bimetall wird bei diesen bekannten Leistungsreglern durch eine Heizwicklung beheizt, welche in Serie mit dem
Heizkörper geschaltet ist.
Da in diesem Falle die Heizwicklung des Bimetalls vom gesamten Heizstrom zumindest eines Heizkörpers durchflossen ist, muss eine verhältnismässig grosse Stromaufnahme gewährleistet werden und es bestehen daher Schwierigkeiten bezüglich der Dimensionierung. Abgesehen davon ist eine solche Ausbildung im Falle eines Mehrspannungsbetriebes nicht verwendbar, da die Heizwicklung des Bimetalls immer nur für eine Spannung dimensioniert werden kann. Es wurde auch bereits vorgeschlagen, die Heizwicklung des Bimetalls von einem Niederspannungsstromkreis aus zu speisen, welcher synchron mit dem Heizstromkreis gesteuert wird. In diesem Falle wird zwar die Dimensionierung einfacher und es ist die Funktion auch im Falle eines Mehrspannungsbetriebes gewährleistet, jedoch ist eine solche Ausbildung aufwendig und vor allem auch unpräzis.
Es treten in der Praxis Schwankungen sowohl auf der Niederspannungsseite als auch auf der Hochspannungsseite auf und damit wird die Regelgenauigkeit unbefriedigend.
Es kann beispielsweise die Hochspannung ein Maximum erreichen, während die Niederspannung zu diesem Zeitpunkt auf ein Minimum absinkt. Dies ist gerade im Bahnbetrieb ohne weiteres möglich. Da sich solche Schwankungen addieren können, können sich sehr grosse Fehler in der Regelung ergeben. Die Niederspannung auf einen konstanten Wert zu stabilisieren, wäre technisch wohl möglich, jedoch ist dies unverhältnismässig aufwendig.
Um diese Nachteile zu vermeiden, hat man bereits vorgeschlagen, die Längenausdehnung zwischen dem Heizkörper und einem Stab mit einem geringen Wärmedehnungskoeffizienten für die Betätigung eines den Heizstromkreis schliessenden und unterbrechenden Regelschalters heranzuziehen. Es ist dann mit dem Heizkörper das Gehäuse des Regelschalters und in Abstand von diesem das dem Regelschalter abgewendete Ende der Distanzstange verbunden. Auf diese Weise ergibt sich eine einfache und betriebssichere Konstruktion, jedoch tritt in der Praxis die Schwierigkeit auf, dass die Einstellung des Leistungsreglers am Heizkörper erfolgen muss. Dies ist jedoch gerade im Eisenbahnbetrieb ein wesentlicher Nachteil, da diese Einstellung dadurch sehr zeitraubend wird und der betreffende Waggon bei Ausfall des Leistungsreglers aus dem Betrieb gezogen werden muss.
Die Erfindung sucht diesen Nachteil zu vermeiden und besteht im wesentlichen darin, dass das vom Gehäuse des Regelschalters abgewendete Ende der Distanzstange des vom Heizkörper losgelösten Leistungsreglers in Richtung zum Gehäuse gegen ein am Gehäuse festgelegtes, die Distanzstange umhüllendes Rohr aus einem Material mit gleichem oder nahezu gleichem Wärmedehnungskoeffizienten, wie derjenige des Materials des Heizkörpers abgestützt ist. Dadurch, dass die Distanzstange mit einem Rohr aus einem Material mit gleichem oder nahezu gleichem Wärmedehnungskoeffizienten wie derjenige des Materials des Heizkörpers umgeben ist, ist abgesehen von den Längenänderungen des Einstellrohres infolge Temperaturschwankungen stets ein bestimmter, festgelegter Abstand zwischen dem Regelschaltergehäuse und der Befestigungsstelle der Distanzstange am Heizkörper gewährleistet.
Die Längenänderungen
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des Einstellrohres infolge Temperaturschwankungen können jedoch in der Praxis meist vernachlässigt werden, da ja angenommen werden kann, dass im Herstellungswerk bei der Zusammenstellung des erfindungsgemässen Leistungsreglers bzw. bei der Montage des die Distanzstange umhüllenden Rohres stets ungefähr die gleichen Temperaturverhältnisse herrschen. Der Leistungsregler ist nun unabhängig vom Heizkörper eingestellt und es kann somit der Leistungsregler im von der Fabrik aus eingestellten Zustand am Heizkörper in der Weise befestigt werden, dass das Gehäuse und das aus dem Rohr herausragende Endeder Distanzstange am Heizkörper festgespannt wird.
Hiebei ist lediglich zu beachten, dass bei der Montage der Heizkörper und das Einstellrohr die gleiche Temperatur aufweisen, jedoch ist dies praktisch immer der Fall. Durch die erfindungsgemässe Ausbildung werden somit zeitraubende und im Eisenbahnbetrieb nicht durchführbare Nachjustierungen vermieden, ohne dass sich nach dem Austausch eines Leistungsreglers Streuungen bzw. Abweichungen von der gewünschten Temperaturgrundeinstellung ergeben.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Rohr durch eine, vorzugsweise an der Distanzstange abgestützte Feder in Richtung zur Verbindungsstelle der Distanzstange mit dem Heizkörper gedrückt. Dadurch, dass das die Distanzstange umhüllende Rohr an der Verbindungsstelle der Distanzstange mit dem Heizkörper nicht fest mit diesem verbunden ist, wird, wenn sich der Heizkörper stärker als das Rohr erwärmt, was in Anbetracht des mangelhaften Wärmeüberganges im Betrieb des Heizkörpers der Fall ist, sich das Ende des Rohres von der Verbindungsstelle der Distanzstange mit dem Heizkörper abheben, so dass die Steuerung ausschliesslich durch den Wärmedehaungshub des Heizkörpers erfolgt.
Wie bereits erwähnt, ist es bei Verwendung von Rohren bestimmter, genau eingehaltener Länge möglich, die Vorjustierung im Herstellungswerk einfach dadurch vorzunehmen, dass ein derartiges Rohr, welches die Distanzstange umgibt, mit dem Gehäuse des Regelschalters verbunden wird. Es sind dadurch die Befestigungsstellen des Gehäuses und des aus dem Rohr herausragenden Endes der Distanzstange am Heizkörper festgelegt. Um jedoch die durch eventuelle Längenunterschiede des Rohres oder durch Temperaturschwankungen bei der Montage bedingten Fehler bereits im Werk kompensieren zu können, ist es gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung zweckmässig, eine Justiereinrichtung vorzusehen, durch welche der Abstand des auf den Regelschalter wirkenden Endes der Distanzstangevom Regelschalter ver- änderbar ist.
Dadurch ist es möglich, bereits im Herstellungswerk den erfindungsgemässen Leistungsregler genau einzujustieren, so dass sich dann nach der Montage des Leistungsreglers am Heizkörper keine Abweichungen von der gewünschten Temperaturgrundeinstellung ergeben, ohne dass nach dieser Montage eine Nachjustierung erforderlich ist. Für diese Justierung kann nun entweder die Distanzstange an ihrer Befestigungsstelle am Heizkörper verstellbar, beispielsweise an einer Gewindebüchse, gelagert sein, wodurch die Lage der Distanzstange zum die Distanzstange umgebenden Rohr verändert wird, oder es kann der Regelschalter verstellbar, beispielsweise verschwenkbar in seinem Gehäuse gelagert sein, wodurch der Angriffszeitpunkt des im Regelschaltergehäuse angeordneten Endes der Distanzstange auf dem Regelschalter verändert wird.
Die gleiche Wirkung ergibt sich, wenn die Distanzstange über einen zweiarmigen Hebel, dessen Schwenkachse, beispielsweise durch Ausbildung als Exzenter, verstellbar ist, am Regelschalter angreift, oder wenn die Distanzstange über einen doppelarmigen Hebel unter Zwischenschaltung eines verstellbaren Gliedes am Regelschalter angreift. In allen diesen Fällen kann der Angriffszeitpunkt der Distanzstange am Regelschalter eingestellt werden.
In den Zeichnungen ist die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles schematisch erläutert. Fig. l zeigt das Prinzip eines Leistungsreglers, bei welchem die Längenausdehnung eines Heizkörpers zur Regelung herangezogen wird. Die Fig. 2, 3 und 4 zeigen verschiedene Ausführungsformen für die Justierung des erfindungsgemässen Leistungsreglers, wobei in den Fig. 2 und 3 das Gehäuse eines solchen Leisiungsreglers dargestellt ist. Die Fig. 5, 6 und 7 zeigen schematisch einen Regelschalter in den verschiedenen Heizstufeneinstellungen und Fig. 8 zeigt die erfindungsgemässe Ausführungsform eines Leistungsreglers mit einem die Distanzstange umhüllenden Rohr.
Wie die Prinzipzeichnung nach Fig. 1 zeigt, ist an einem Ende des Heizkörpers l das Gehäuse 2 des Regelschalters angeordnet. Dieses Gehäuse liegt daher ausserhalb der unmittelbaren Wärmeeinwirkung des Heizkörpers. Bei 3 ist eine Distanzstange 4 aus einem Metall mit geringem Wärmedehnungskoeffizienten (Invarstange) am Heizkörper 1 mit ihrem Ende 5 festgelegt und ihr anderes Ende betätigt den Schalter im Schaltkasten 2. Bei einer Erwärmung verlängert sich der Heizkörper und die Anordnung ist so getroffen, dass in diesem Falle der Regelschalter geöffnet und der Stromkreis unterbrochen wird. Bei einer Abkühlung verkürzt sich der Heizkörper und der Stromkreis wird wieder geschlossen. 7 ist ein Stellhebel der Reguliereinrichtung für die Wahl der Heizstufen.
Wie die Fig. 2 zeigt, ist im Regelschaltergehäuse 2 ein Mikroschalter 8 angeordnet, dessen Be-
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tätigungsstift mit 9 bezeichnet ist. Die Distanzstange wirkt auf einen bei 10 gelagerten doppel- armigen Hebel 11,12, dessen längeres Ende 12 auf den Taster 9 des Mikroschalters drückt. Durch eine Feder 13 wird der doppelarmige Hebel in kraftschlüssiger Verbindung mit der Distanzstange 4 gehalten.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist der Mikroschalter 8 auf einem Bügel 6 angeschraubt, der um eine Achse 14 schwenkbar im Gehäuse 2 gelagert ist. Durch Verschwenkung des Bügels 6 kann nun eine Justierung des erfindungsgemässen Leistungsreglers bereits im Herstellungswerk erfolgen. Ist je- doch die Achse 14, beispielsweise durch den in Fig. 1 dargestellten Stellhebel verschwenkbar, so kann durch Verstellung dieses Stellhebels 7 der Mikroschalter 8 in verschiedene Regulierstellungen einge- stellt werden. Diese verschiedenen Regulierstellungen des Mikroschalters 8 sind in den Fig. 5,6 und 7 dargestellt. Der Schalter 8 steuert einen Niederspannungskreis 15, durch welchen ein Schütz 16 betätigt wird, das den Heizstromkreis 18 über Kontakte 19 steuert. Die Distanzstange 4 wirkt über den um die Achse 10 schwenkbaren doppelarmigen Hebel 11,12 auf den Schalter 8.
In der in Fig. 5 dargestellten Stellung ist der Schalter 8 so verschwenkt, dass er dauernd offen gehalten wird. Die Heizung ist ausgeschaltet. In der in Fig. 6 dargestellten Stellung ist der Schalter 8 auf maximale
Heizstellung verschwenkt. Der Schalter 8 ist geschlossen und über den Niederspannungsstromkreis 15 und das Schütz 16 wird der Heizstromkreis geschlossen gehalten. Bei einer Überhitzung tritt jedoch die in Fig. 7 dargestellte Schaltstellung ein. Durch die übermässige Erwärmung des Heizkörpers wird der
Schalter 8 geöffnet und damit über das Schütz 16 der Heizstromkreis unterbrochen. Bei den in Fig. 5, 6 und 7 dargestellten Stellungen ist für die Funktion die Relativlage des mit dem Hebelarm 12 zusammenwirkenden Tasters des Schalters 8 zu dem mit dem Hebelarm 11 zusammenwirkenden Ende der Distanzstange 4 massgebend.
Es kann daher der gleiche Effekt auch erreicht werden, wenn der Schalter 8 fix angeordnet ist und dafür die Befestigungsstelle der Distanzstange 4 am Heizkörper oder die Schwenkachse 10 des Doppelhebels 11,12 verstellt wird.
Fig. 3 zeigt weitere Möglichkeiten der Justierung. Es kann entweder der Bügel 6 wieder um die Achse 14 schwenkbar gelagert sein, wobei die Verschwenkung dieses Bügels 6 und damit des Schalters 8 nun durch Verdrehung eines in einen Schlitz 20 eingreifenden Exzenterzapfens 21 der Welle 38 erfolgt. Es kann weiters die Achse 10 als Exzenter einer Welle 22 ausgebildet sein, wodurch die Schwenkachse des doppelarmigen Hebels 11,12 verstellt wird oder es kann der Hebelarm 12 über einen verstellbaren Schraubbolzen 23 auf den Taster 9 des Schalters 8 wirken. Selbstverständlich kann wieder entweder die Welle 38 oder die Welle 22 mit einem Einstellhebel 7 verbunden sein, wodurch dann eine Reguliermöglichkeit im Betrieb des Heizkörpers geschaffen wird.
Fig. 4 zeigt eine weitere Justiermöglichkeit. Die Distanzstange 4 ist an ihrer Befestigungsstelle 24 am Heizkörper verstellbar gelagert. Das Ende der Distanzstange 4 ist mit einem Schraubengewinde 25 ausgestattet und sitzt in einer Gewindebüchse 26, welche in einem Bock 27 des Befestigungsteiles 24 fix gelagert ist. Durch Verdrehung der Distanzstange 4 mittels eines Hebels 28 wird eine Änderung des Abstandes der Distanzstange vom Regelschalter bewirkt.
Fig. 8 zeigt nun die erfindungsgemässe Ausführungsform eines Leistungsreglers, bei welchem an das Gehäuse 2 des Regelschalters, in welches die Distanzstange 4 ragt, ein die Distanzstange 4 umhüllendes Rohr 29 angeschlossen ist. Dieses Rohr, welches beispielsweise in das Gehäuse eingeschraubt ist, dient lediglich zur Einstellung des Leistungsreglers und wird daher im folgenden Einstellrohr genannt.
Das rechte Ende 30 der Distanzstange 4 ist mit einem Gewinde versehen, auf welches eine Schraubhülse 31 aufgeschraubt und mit Hilfe einer Gegenmutter 32 festgelegt ist. Gleichfalls am rechten Ende des Einstellrohres 29 ist in dieses eine Büchse 33 eingesetzt, beispielsweise eingeschraubt. Durch eine Feder 34 wird das Einstellrohr 29 gegen die Schraubhülse 31 gedrückt, so dass die Schraubhülse 31 an die Büchse 33 anliegt. Diese Feder übt eine stärkere Kraft aus als die Feder 13 im Gehäuse des Regelschalters, so dass das rechte Ende des Einstellrohres 29 gegenüber dem rechten Ende der Distanzstange 4 in seiner Lage fixiert ist.
Das Einstellrohr 29 verändert in Abhängigkeit von der Temperatur seine Länge und es kann somit das aus dem Regelschalter mit Gehäuse und aus der Distanzstange mit Einstellrohr bestehende Aggregat unabhängig vom Heizkörper so eingestellt werden, dass der Schalter bei einer bestimmten Temperatur öffnet und schliesst.
Das Einstellrohr 29 besteht aus dem gleichen Material wie der elektrische Heizkörper 1 oder aus einem andern Material, welches den gleichen oder nahezu gleichen Wärmedehnungskoeffizienten, wie der elektrische Heizkörper 1 aufweist, soferne nicht das gleiche Material gewählt werden kann. Wenn das aus dem Gehäuse 2 mit Regelschalter 8, Distanzstange 4 und Einstellrohr 29 bestehende Aggregat in der Fabrik richtig eingestellt wurde, so kann die Montage des Aggregates am Heizkörper 1
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bei jeder beliebigen Werkstättentemperatur oder Temperatur des Waggons erfolgen, ohne dass diese Einstellung verändert werden muss.
Dadurch, dass das Einstellrohr und der Heizkörper aus Werkstoffen von gleichem Ausdehnungskoeffizienten bestehen, bleibt die Einstellung des Reglers bei jeder Raumtemperatur richtig, wenn nur Einstellrohr und Heizkörper bei der Montage die gleiche Temperatur aufweisen, was normalerweise der Fall ist. Das Gehäuse wird mittels der Schrauben 8 am linken Ende des Heizkörpers 1 festgespannt und die Schraubhülse 31 wird mittels eines Bügels 36 gleichfalls am Heizkörper 1 festgespannt.
Wenn auch das Einstellrohr 29 dicht am elektrischen Heizkörper 1 liegt, oder sogar in die Rippen desselben eingelassen ist, so wird doch in Anbetracht des mangelhaften Wärmeüberganges die Temperatur des Einstellrohres etwas niedriger sein als diejenige des Heizkörpers. Über den Bügel 36 ist aber die Distanzstange 4 am Heizkörper festgespannt und wenn das Einstellrohr 29 weniger warm wird als der Heizkörper und sich daher weniger stark dehnt als dieser, so wird sich eben das rechte Ende des Einstellrohres 29 mit der Büchse 33 von der Schraubhülse 31 abheben. Die Steuerung wird daher ausschliesslich durch den Wärmedehnungshub des Heizkörpers erfolgen.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 ist der Schalter 8 im Gehäuse 2 fest angeordnet. Die Übertragung von der Distanzstange 4 auf den Taster 9 des Schalters erfolgt wieder über einen doppelarmigen Hebel 11,12, welcher durch eine Feder 13 belastet ist. Durch Zwischenschaltung einer Blattfeder 37 wird einem zu grossen Hub des Hebels 12 Rechnung getragen. Die Einstellung auf verschiedene Heizstufen erfolgt zweckmässig durch Verstellung der als Exzenter einer Welle 22 ausgebildeten Schwenkachse 10 des doppelarmigen Hebels 11,12, wobei die Welle 22 unter Vermittlung eines Einstellhebels 7, verdreht wird. Die Justierung des Leistungsreglers in der Fabrik erfolgt durch die Schraubhülse 31 mit Gegenmutter 32 und wird im Betrieb nicht verändert.
Selbstverständlich ist es auch möglich, die Justierung des Leistungsreglers in der Fabrik mittels der als Exzenter ausgebildeten Schwenkachse 10 vorzunehmen und den Einstellhebel 7 mit der Schraubhülse 31 zu verbinden, in welchem Falle dann die Gegenmutter entfällt.
An Stelle des in Fig. 8 dargestellten Regelschalters kann natürlich auch der in den Fig. 2 und 3 dargestellte Regelschalter verwendet werden.
Das Regelschaltergehäuse 2 und das dem Regelschaltergehäuse abgewendete Ende der Distanzstange 4 können an beliebigen Stellen des Heizkörpers festgelegt werden, wobei der Regelhub von der Grösse des gewählten Befestigungsabstandes abhängig ist. Es ist jedoch vorteilhaft, den Regelschalter 2 an einem Ende des Heizkörpers 1, welches einer geringeren Erwärmung unterliegt als der übrige Teil des Heizkörpers, an diesen zu befestigen, um ihn einer unvorteilhaften Wärmeeinwirkung zu entziehen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Leistungsregler für elektrische Heizanlagen, insbesondere von Schienenfahrzeugen, bei welchem die Regelung durch einen den Stromkreis schliessenden und unterbrechenden, mit einer Distanzstange aus einem Material von kleinem Wärmedehnungskoeffizienten (Invarstange) zusammenwirkenden Regelschalter erfolgt, wobei mit dem Heizkörper das Gehäuse des Regelschalters und in Abstand von diesem das dem Regelschalter abgewendete Ende der Distanzstange verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das vom Gehäuse des Regelschalters abgewendete Ende der Distanzstange des vom Heizkörper losgelösten Leistungsreglers in Richtung zum Gehäuse gegen ein am Gehäuse festgelegtes, die Distanzstange umhüllendes Rohr aus einem Material mit gleichem odernahezu gleichem Wärmedehnungskoeffizienten, wie derjenige des Materials des Heizkörpers abgestützt ist.