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Einrichtung zur Temperaturregelung in Warmluft-Heizungsanlagen für Fahrzeuge, insbesondere Schienenfahrzeuge
Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zur Temperaturregelung in Warmluft-Heizungsanlagen für Fahrzeuge mit mehreren Abteilen, insbesondere Schienenfahrzeugen, die mit Zentralheizungsanlagen ausgerüstet sind.
Bei Fahrzeugen mit einer grösseren Zahl von Abteilen, insbesondere bei Schienenfahrzeugen, hängt der Wärmebedarf von den Aussenbedingungen ab, d. h. von der Lufttemperatur ausserhalb des Fahrzeuges, von der Geschwindigkeit und der Richtung des Windes, von der Sonnenbestrahlung, der Geschwindigkeit des Fahrzeuges und den im Inneren des Fahrzeuges herrschenden Klimabedingungen, der Belüftungsstärke usw. Um an Heizenergie zu sparen und um eine ökonomische Wärmewirtschaft einzuführen, werden Regeleinrichtungen verwendet.
Bisher bekannt und am öftesten verwendet sind Thermostatregeleinrichtungen, die das Ein- und Ausschalten der Heizeinheit steuern. Diese Einrichtungen sichern jedoch nicht das Aufrechterhalten der verlangten Temperatur in einzelnen Abteilen, weil der Wärmebedarf für jedes von diesen verschieden werden kann. Ausserdem, infolge einer beträchtlichen Wärmekapazität und eines grossen Abstandes des Thermostats von den Steuerungspunkten, wird die Regelwirkung des Systems in der Zeit verzögert, was unregelmässige Abweichungen von der verlangten Temperatur bewirkt.
Bekannt ist auch ein Regelsystem mit einem äusseren Vergleichsbehälter, der mit einem Thermostat und einer Beheizung ausgestattet ist. Der Vergleichsbehälter bildet eine modellartige Abbildung des Fahrzeuges, wobei das Verhältnis der Wärmeleistung der Beheizung zu den Behälterverlusten gleich diesem für das Fahrzeug sein soll.
Der Thermostat am Vergleichsbehälter schaltet zugleich die Beheizung des Vergleichsbehälters und das Heizsystem des Fahrzeuges ein bzw. aus. Bei dieser Regelungsanordnung bestehen jedoch beträchtliche Schwierigkeiten in einer genauen Anpassung der Verhältnisse der Heizleistung des Behälters und des Fahrzeuges als ein Ganzes.
Regelungssysteme, die eine Anordnung von Temperaturfühlern an verschiedenen Stellen des Fahrzeuges aufweisen, verlangen die Verwendung eines komplizierten und empfindlichen Systems, das die Steuersignale erzeugt, die der Reihe nach das Ein- oder Ausschalten von Servomotoren bewirken, die den Wärmezufluss in das Innere des Fahrzeuges steuern. Solche Regelungssysteme sind durch eine lange Eigenreaktionszeit gekennzeichnet, wie auch nicht die Ausseneinflüsse und der Wärmebedarf der einzelnen Abteile berücksichtigt werden. Ausserdem beeinflusst eine unregelmässige Wirkung der Fühler an den einzelnen Stellen des Fahrzeuges ungünstig die Wirkung des ganzen Heizsystems. Einrichtungen, deren Wirkungsweise in der Steuerung von mehreren Ventilen für das Heizmittel mittels einzelner Fühler besteht, sind kompliziert, kostspielig und gegen Beschädigungen empfindlich.
Der Leitgedanke der Erfindung ist, eine Temperaturregeleinrichtung zu schaffen, die imstande ist, sämtliche Anregungen zu summieren, die von der Lufttemperatur in den einzelnen Abteilen und den äusseren Einflüssen entstehen, wie z. B. Aussenlufttemperatur, Windrichtung und-stärke,
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Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges und Temperatur der den Abteilen des Fahrzeuges zugeführten Luft. Je nach dem Ergebnis dieser Summierung erfolgt ein selbsttätiges gesteuertes Ein- und Ausschalten der Heizungsanlage des Fahrzeuges.
Gemäss der Erfindung ist eine Einrichtung zur Temperaturregelung in Warmluft-Heizungsanlagen für Fahrzeuge, insbesondere Schienenfahrzeuge, bei der ein mit seinem Fühler ausserhalb des zu beheizenden Fahrzeuginnenraumes angebrachtes Thermometer auf ein summierendes Relais einwirkt, das auch durch die Innentemperatur des Fahrzeuges beeinflusst ist, wobei das summierende Relais die Heizungsanlage des Fahrzeuges regelt, dadurch gekennzeichnet, dass als Thermometer in an sich bekannter Weise ein manometrisches Thermometer vorgesehen ist, dessen Fühler in einen Luftkanal hineinragt, durch den ein Gemisch der zur Heizungsanlage geführten Aussen-und der durch die Heizungsanlage umlaufenden Innenluft strömt, und das summierende Relais aus einer Bimetallplatte besteht,
wobei ein die Heizungsanlage schaltender Mikroschalter an einem Ende eines Stossstückes von vorzugsweise einstellbarer Länge angeordnet ist, dessen anderes Ende mit der Federspirale des Thermometers verbunden ist, und der Betätigungsstift des Mikroschalters einem am freien Ende der Bimetallplatte angebrachten Taster gegenübersteht.
Der Gegenstand der Erfindung ist beispielsweise schematisch in den Zeichnungen dargestellt, wobei in Fig. l die Einrichtung zur Temperaturregelung in Warmluft-Heizungsanlagen, Fig. 2 eine Variante des Temperaturen-Summators und Fig. 3 eine Variante der Befestigung des Aussentemperaturfühlers ausserhalb des Fahrzeuges darstellt. Die nun folgende Beschreibung dieses Ausführungsbeispieles offenbart auch weitere Erfindungsmerkmale.
Das Summier-Relais besteht aus einer Bimetallplatte-l-und einer Heizwicklung-2-, die eine Mikanitplatte ist, auf der Widerstandsdraht aufgewickelt ist. Die Bimetallplatte--l-ist auf einer im Gehäuse-4-eingebauten Grundplatte--3-aufgesetzt und an einem Ende der Bimetallplatte - l--ist ein Taster --5-- befestigt. Hiebei ist der Heizwiderstand mittels Leitungen --6-- parallel mit dem Potentiometerwiderstand--7--und einem Satz von einstellbaren Widerständen--S-- verbunden, wobei diese durch die in den einzelnen Abteilen des Fahrzeuges angebrachten Thermostaten --9-- gesteuert werden.
Das System der Heizwicklung --2-- und der Widerstände-7 und 8-wird mit Gleichstrom mit einer Spannung von 17 bis 24 V über die Sicherung --10-- und den Stromstabilisator-11-- gespeist.
Das manometrische Thermometer besteht aus einem mit Quecksilber gefüllten Fühler--12--, einem mit ihm verbundenen Kapillarrohr--13--, einer Federspirale--14--, mit welcher ein einstellbares Stossstück--15--in Verbindung steht, dessen Ende mit einem Mikroschalter--16-versehen ist, über welchen ein Betätigungsstift --17-- hinausragt, der durch den auf der Bimetallplatte --l-- angebrachten Taster --5-- betätigt wird. Der Mikroschalter --16-- steuert die Zentralheizungsanlage des Fahrzeuges mittels des bereits bekannten Relais und eines Schützes.
Für die Einstellung des durch den Thermometerfühler zu regelnden Temperaturbereiches ist im Gehäuse--4--
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zugeführten Wärmemenge abhängig, sondern auch von der Umgebungstemperatur, was eine ungenaue Wirkung des gesamten Summiergerätes bewirkt.
Um den Einfluss der Umgebungstemperatur auf den Summator auszuschalten, ist derselbe (Fig. 2) mit einer ebenfalls auf der Grundplatte --3-- aufgesetzten Bimetallplatte --20-- versehen, die gleiche stoffliche Zusammensetzung und Abmessungen und somit gleiche mechanische und thermische
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zwischen dem Ende der Federspirale--14--und der Bimetallplatte --20-- angeordnet.
Der Fühler befindet sich im Kanal--21--, in dem sowohl die von aussen durch die Leitung --22-- angesaugte Frischluft als auch die Luft aus der Umluftleitung--23--strömt. Die Gruppe der Raumthermometer--9--beeinflusst über den Summator der Temperaturanregungen das zentrale Heizsystem des Fahrzeuges mit einer gewissen Verzögerung, die durch die Wärmekapazität des Fahrzeuges und den Unempfindlichkeitsbereich der Raumthermometer--9--verursacht wird. Dies bewirkt eine die zulässigen Grenzen überschreitende Temperaturänderung in den einzelnen Abteilen.
Diese Verzögerung wird durch das manometrische Thermometer mit dem im Kanal--21--eingesetzten Fühler--12-- teilweise ausgeglichen, da dieses Thermometer auf die Einflüsse der Temperatur der mit der Umluft vermischten Aussenluft reagiert, die in das Fahrzeug eingeführt wird, jedoch nicht auf andere Anregungen,
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die die Wärmeverluste beeinflussen, wie Fahrzeuggeschwindigkeit, Windrichtung und-geschwindigkeit.
In Fig. 3 ist eine Abart des manometrischen Thermometers dargestellt, das einen aus dem Kanal --21-- teilweise herausragenden Fühler --12-- aufweist ; der herausragende Teil befindet sich in einem Mantel --24-- mit Öffnungen --25--, die mit den einstellbaren Blenden --26-- verschlossen sind.
Diese Anordnung des Fühlers-12-ermöglicht eine Funktion der Steuer- und Regelanlage auch in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges sowie der Windrichtung und -geschwindigkeit.
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Innenraumtemperatur ziemlich schnell unterhalb der zulässigen Grenze sinkt, u. zw. dadurch, dass trotz der Ausbiegung der Bimetallplatte--l--in Richtung ihrer vorherigen Stellung die Zentralheizungsanlage durch den Mikroschalter nicht sofort eingeschalter wird, sondern erst nach vergrösserter Ausbiegung der Platte wodurch die Kontakte des Mikroschalters in ihre Ausgangsstellung zurückkehren können.
Um ein Herabsinken der Lufttemperatur im Fahrzeuginnern unterhalb der zulässigen Grenze zu verhindern, sind im Stromkreis der Heizwicklung--2--ein veränderbarer Widerstand--27--und
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--16-- gesteuert.zusätzlichen einstellbaren Widerstandes in den Stromkreis der Heizwicklung--2--, wodurch der durch die Heizwicklung --2-- fliessende Strom vermindert wird ; dadurch kehrt die Bimetallplatte-l-- schneller in ihre Ausgangsstellung zurück.
Gemäss der Erfindung wirkt die Regeleinrichtung auf die nachstehend beschriebene Weise :
Die Warmluft-Heizungsanlage im Fahrzeuginnern stellt ein Zentralheizungssystem dar das mit einem Mikroschalter --16-- gesteuert wird. Dieses Zentralheizungssystem führt die aufgewärmte Luft den einzelnen Abteilen zu, in denen die mit den einstellbaren Widerständen --8-- in Serie geschalteten Raumthermometer untergebracht sind.
Die Thermometer --9--, die einstellbaren Widerstände --8--, der Potentiometerwiderstand --7-- und die Heizwicklung --2-- des Summator-Relais werden mit Gleichstrom von 17 bis 24 V Spannung über den Stromstabilisator--11--gespeist. Der stabilisierte Strom fliesst durch zwei Stromkreise, wobei im ersten die Heizwicklung--2--und gegebenenfalls ein Hilfswiderstand--27-, im zweiten parallelen Stromkreis der Potentiometerwiderstand --7-- sowie parallel mit demselben ein Satz einstellbarer Widerstände --8-- mit den Kontakten der Raumthermometer--9--geschaltet sind.
In Abhängigkeit von der Temperatur in den einzelnen Fahrzeugabteilen werden entsprechende Widerstände --8-- ein- oder abgeschaltet, wodurch eine Änderung der Stromstärke erfolgt, wobei der Strom durch die mit der Bimetallplatte--l-des Summator-Relais verbundenen Heizwicklung--2fliesst.
Falls die Innenraumtemperatur die eingestellten Soll-Werte überschreitet, öffnen sich die Kontakte
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Abschaltung des zentralen Heizsystems über das bekannte System von Relais und Schützen.
Bei abgeschalteter Heizungsanlage beginnt die Raumtemperatur langsam zu sinken ; erreicht die Temperatur den untersten eingestellten Wert, so schalten sich selbsttätig die Raumthermometer-9-ein, dadurch fliesst ein schwächerer Strom durch die Heizwicklung --2-- und deshalb wird die ssimetaUpIatte--l-wieder abgebogen ; sie kehrt in ihre Ausgangsstellung zurück, und die ganze Heizanlage wird wieder eingeschaltet. Die oben beschriebene Anlage ist also eine Regelanlage.
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--14-- desdes Mikroschalters --16-- gegen den Taster ändert sich ständig ; dies geschieht unter dem Einfluss der Aussen- und der Fahrzeuginnentemperatur, wodurch die erfindungsgemässe Einrichtung als eine Regel- und Steueranlage wirkt.
Die erfindungsgemässe Einrichtung kann auch zur Temperaturregelung auf Schiffen, Flugzeugen, in Gebäuden usw. Verwendung finden. Zusammengefasst können ihr folgende Vorteile zugesprochen werden : a) Die Einrichtung gemäss der Erfindung kann ohne jeglichen Umbau zur automatischen Temperaturregelung in verschiedenen Fahrzeugtypen verwendet werden, u. zw. in Bahnwaggons bei
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Speisung der Heizungsanlage sowohl mit Dampf als auch mit elektrischem Strom. b) Gute Regulationseffekte treten bei verhältnismässig einfachem Zweipunktsteuern der Heizungsanlage auf, wobei eine exakte Anpassung der mittleren thermischen Leistung der Heizungsanlage zum aktuellen Wärmebedarf besteht und dies mit Berücksichtigung der Temperatursignale sowohl von innerhalb wie auch von ausserhalb des Fahrzeuges.
c) Einfachheit der Konstruktion der Anlage und Mangel an wirkungsunsicheren Elementen, was eine gute Dauerhaftigkeit, Erschütterungsunempfmdlichkeit, Unfehlbarkeit der Wirkung und geringe Kosten der Ausführung der Installation sichert. d) Die Elastizität der Charakteristik der Anlage, die darin begründet ist, dass sie auf eine Summe von Temperatursignalen mit einer gewissen Verzögerung reagiert, die sich aus dem Arbeitscharakter des Bimetallrelais ergeben, wobei diese Verzögerung von der Grösse des durch den Heizwiderstand gehenden Stromes wie auch von der Geschwindigkeit der Temperaturänderungen und von der Zahl der eingeschlossenen von den Abteilthermostaten gesteuerten Widerstände nicht linear abhängig ist.
Diese Verzögerung ändert sich im Bereich von einigen Sekunden bis zum Zehnervielfachen von Sekunden und verhindert falsche und eilfertige Reaktionen der Anlage wie auch unnützes Steuern des Hauptheizungssystems bei vorübergehenden und zufälligen Störungen. e) Die Wirkung der Anlage ist von den Spannungsschwankungen des Speisestromes praktisch unabhängig.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Temperaturregelung in Warmluft-Heizungsanlagen für Fahrzeuge, insbesondere Schienenfahrzeuge, bei der ein mit seinem Fühler ausserhalb des zu beheizenden Fahrzeuginnenraumes angebrachtes Thermometer auf ein summierendes Relais einwirkt, das auch durch die Innentemperatur des Fahrzeuges beeinflusst ist, wobei das summierende Relais die Heizungsanlage des Fahrzeuges regelt,
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manometrisches Thermometer vorgesehen ist, dessen Fühler in einen Luftkanal (21) hineinragt, durch den ein Gemisch der zur Heizungsanlage geführten Aussen- und der durch die Heizungsanlage umlaufenden Innenluft strömt, und das summierende Relais aus einer Bimetallplatte (1) besteht, wobei ein die Heizungsanlage schaltender Mikroschalter (16) an einem Ende eines Stossstückes (15)
von vorzugsweise einstellbarer Länge angeordnet ist, dessen anderes Ende mit der Federspirale (14) des Thermometers (12) verbunden ist, und der Betätigungsstift (17) des Mikroschalters (16) einem am freien Ende der
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