DE661558C - Einrichtung zur Regelung der Raumtemperatur, insbesondere von Eisenbahnwagen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Regelung der Raumtemperatur, insbesondere von Eisenbahnwagen, mittels einer Umlaufheizunig.

Bei Zugbeheizungsanlagen dieser Art ist es bekannt, jedem Eisenbahnwagen ein Ventil zuzuordnen, das aus einer längs des ganzen Zuges führenden Heizdampfleitung die für den einzelnen Wagen notwendige Menge des Heizmittels entnimmt. Dieses Ventil muß so gesteuert werden, daß die Zufuhr des Heizmittels, beispielsweise des Heizdampfes, einmal jeweils der Raumtemperatur bzw. dem Bedarf an Heizenergie entsprechend erfolgt, daß andererseits aber der einströmende Dampf in den Räumen auch wirklich völlig ausgenutzt werden kann. Diese letzte Bedingung ist besonders wesentlich während der Anheizzeit des Wagens, während der sich die großen Massen des Wagens erst langsam erwärmen müssen, während die Heizkörper selbst sehr schnell auf ihre höchste Temperatur kommen. ■

Um eine einwandfreie Steuerung des Ventils zu erzielen, muß die Vorrichtung, die das Ventil betätigt, schon auf verhältnismäßig geringfügige Impulse, beispielsweise eines von der Raumtemperatur beeinflußten Wärmefühlers, ansprechen, dabei aber doch genügend Kraft zur Betätigung des Ventils, zu dessen Verstellung entsprechend den im allgemeinen hohen Drucken des Heizmittels (bei Eisenbahndampfheizungen bis zu 4 atü) große Kräfte nötig sind, entwickeln können. Ferner muß die Regeleinrichtung auch dem insbesondere bei Eisenbahnheizanlagen rauhen Betrieb gewachsen sein.

Gegenstand der Erfindung ist nun eine Regeleinrichtung mit einer Vorrichtung ähnlich einem Servomotor, die diesen Bedingungen genügt und darüber hinaus noch den Vorzug hat, daß ihr Arbeiten auch von großen Schwankungen des Druckes des Heizmittels unbeeinflußt bleibt, und daß die Wärmezufuhr zu den Räumen vielmehr ganz unabhängig von den Druck- und auch Temperaturschwankungen des Heizmittels nur entsprechend dem Bedarf an Wärmeenergie erfolgt. Gemäß der Erfindung besteht der Servomotor aus zwei das ' Ventil in der Heizmittelzuleitung abwechselnd und in entgegengesetzter Richtung beein- 5" nussenden Hauptausdehnungskörpern, und es ist dabei zwischen den Hauptausdehnungskörpern und dem Ventil je eine Kupplung angeordnet, durch die eine kraftschlüssige Verbindung zwischen diesen Teilen nur bei Zufuhr von Wärme zu den Hauptausdehnungskörpern erzielt ist.

Dabei weist die Kupplung ebenfalls Ausdehnungskörper (Kupplungskörper) auf, die von demselben Wärmemittel wie die Hauptausdehnungskörper umflossen werden. Die Kupplung kommt dabei dadurch zustande, daß die Hauptausdehnungskörper an ihrem freien Ende einen Rohransatz aus einem Material von geringer Wärmeausdehnurig aufweisen, in dem die mit je einem Ende des Ventilhebels fest, gegebenenfalls über eine Gelenkstange verbundenen Kupplungsausdeh-

nungskörper großer Wärmeausdehnung angeordnet sind, so daß sich die Kupplungsausdehnungskörper bei Zufuhr von Wärme zu den Hauptausdehnungskörpern ausdehnen und fest in den Rohransatz einpressen.

In der Heizmittelzuleitung zu den Haupt; ausdehnungskörpern ist ein Steuerschieber· angeordnet, der durch Wärmefühler in Abhängigkeit von der Raumtemperatur vorzugsweise auf elektromagnetischem Wege betätigt wird und den Zweigstrom des Heizmittels abwechselnd dem einen oder dem andern Hauptausdehnungskörper zuleitet. Der Steuerschieber weist eine Mittelstellung auf, die durch den Wärmefühler bei Gleichgewicht zwischen Wärmezufuhr und Wärmeabfuhr in dem zu beheizenden Raum einstellbar ist, so daß keinem der beiden Hauptausdehnungskörper Wärme zugeführt wird.

Um eine völlige Ausnutzung des die Heizkörper der Räume durchströmenden Heizmittels zu .gewährleisten, ist in dem Abflußrohr der Heizanlage ein auf Überdruck oder Übertemperatur ansprechendes Ventil angeordnet, das in das Ausdehnungsrohr mündet, das bei Ausdehnung eine Drosselung des Ventils bewirkt.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Anwendung auf eine Zugbeheizungsanlage näher beschrieben.

Aus der den ganzen Zug entlang führenden Dampfleitung ι nimmt j eder Wagen durch das Abzweigrohr 2 die durch das Ventil 3 eingestellte Frischdampfmenge, die beim Austreten aus der Düse 4 ganz entspannt wird und in die Heizleitung 5 des Wagens strömt. Der in der Heizung nicht verbrauchte Dampf fließt, inzwischen mit Luft gemischt, durch das Rohr 6 wieder dem Ventil 3 zu, wo er durch den Strahl der Düse 4 wieder mit in den Kreislauf der Heizung gerissen wird. In dem Abzweigrohr 2 ist eine kleine Düse 7 angebracht, die etwas Dampf völlig entspannt durch das Rohr 8 in den Steuerschieber 9 fließen läßt. Die Stellung der Weiche 10 im Schieber 9 wird über die Stangen, 12 und den Magnetkern 13 von den Windungen der Magnetspule 14 beeinflußt, die von dem Strom der Abteilregler durchflossen wird und gegen den Druck der Feder 15 wirkt. Ist es z. B. in den Abteilen zu kalt, dann werden beim Zu- und Abschalten der Abteilheizkörper die Abkühlungszeitabschnitte kurzer werden als die der Beheizung. Es wird ein durchschnittlich starker Strom durch die Magnetspule 14 fließen, entgegen der Feder 15 den Kern 13 und die Stange 12, 11 anziehen und dadurch die Weiche 10 im Sinne des Pfeiles verdrehen. Die Weiche 10 wird das Rohr 8 erst abschließen und dann wieder öffnen, um den Dampf nicht mehr durch das Rohr 16, sondern durch das Rohr 17 weiterzuleiten. Das Rohr

17 führt den Dampf durch den mit der Stange

18 fest verkeilten, radähnlichen Kupplungsausdehnungskörper 19 hindurch in einen Baum, den dieser zusammen mit dem Blech M bildet, und erwärmt ihn so sehr, daß er sich stark und schnell ausdehnt und fest in den am Hauptausdehnungskörper 22 befestigten Rohransatz 21 aus Invar preßt. Durch die kleinen Löcher im Blech 20 tritt der Dampf langsam in den großen Hauptausdehnungskörper 22 aus Aluminium und erwärmt auch diesen. Der Hauptausdehnungskörpei-22 ist an seinem linken Ende in dem Grundgestell 23 fest gelagert, dehnt sich also nach rechts aus und nimmt dabei, da er mit dem Invarrohr 21 starr verbunden ist, dieses sowie den darangepreßten · Kupplungsausdehnungskörper 19 und die aus einem Material von kleiner Wärmeausdehnung, insbesondere aus Invar, bestehende Stange iS mit. Durch einen in dem Grundgestell 23 gelagerten Hebel 24 wird die Bewegung der Stange 18 vergrößert und über eine Spindel 25 auf das Ventil 3 übertragen, das dadurch den Dampfzufuhrquerschnitt vergrößert, also mehr Heizdampf einläßt. Der abgekühlte Dampf wird aus dem Hauptausdehnung^-skörper 22 durch die Düse 4 über die Rohre 6 und 28 abgesaugt.

Ist auf diese Art eine genügend starke Dampfzufuhr erreicht, dann sinkt der Steuerstrom auf seinen Mittelwert, stellt also auch die Weiche 10 auf eine Mittelstellung und sperrt den Regeldampf ab. Damit nun durch Abkühlung des Hauptausdehnungskörpers 22 das Ventil 3 nicht wieder vorgeschoben wird, ist dieses von verhältnismäßig großer Masse und außerdem noch wärmeisoliert, wogegen der möglichst leicht gehaltene Kupplungsausdehnungskörper 19 mit großen Kühlflächen 29 versehen ist, also schnell abkühlen und die kraftschlüssige Verbindung mit dem Hauptausdehnungskörper 22 schon lösen wird, ehe dieser eine wesentliche Verkürzung erfahren ^lu5 hat.

Damit der Druck im Rohr 6 nicht steigen kann, während die Weiche 10 auf ihrer Mittelstellung steht, ist ein Überdruckventil 27 angeordnet.

Da im abgekühlten Zustand aller Ausdehnungskörper (richtige zugeführte Heizdampfmenge) diese das Ventilgestänge nicht festhalten, ist, um eine verstellende Wirkung von Erschütterungen u. dgl. zu vermeiden, an der Ventilspindel 25 eine Reibungsbremse 26 angeordnet.

Kleine Schwankungen der Weiche 10 um ihre Mittellage haben auf die Regelung keinen Einfluß, da erst bei genügend starken Auslenkungen von dem breiten Ende der Weiche 10 das Rohr S geöffnet wird.

Claims (11)

1. Wird aus irgendeinem Grunde eine zu große Heizenergie zugeführt, dann schiebt der Magnet 13 die Weiche 10 in die in der Abbildung gezeichnete Stellung; im zweiten Hauptausdehnungskörper geht genau dasselbe vor sich, wie es eben für das erste Rohr geschildert wurde. Durch die Ausdehnung des zweiten Hauptausdehnungskörpers wird das Ventil 3 geschlossen.

   Falls bei plötzlichen Temperaturstößen ein Hauptausdehnungskörper schon mit Dampf beheizt werden sollte, ehe in der anderen Vorrichtung der Kupplungsausdehnungskörper 19 abkühlen und die Verbindung mit dem andern '5 Hauptausdehnungskörper lösen konnte, ist die zweite Steuerstange 18' mit dem Hebel 24 durch eine harte Feder 32 verbunden, die eine Beschädigung des Gestänges verhindert.

   Um eine zu hohe Drucksteigerung in der Heizanlage, wie sie besonders beim Anheizen kalter Wagen durch zu große Frischdampfzufuhr entstehen kann, zu verhindern, ist in dem Abdampfrohr 6 ein Überdruckventil 30 angebracht, das über die Rohre 31 und 16 den Dampf zu dem Hauptausdehnungskörper führt, der durch seine Verlängerung die Dampfzufuhr drosselt.

   Die x\nordnung hat den Vorteil, daß die Zufuhr eines Heizmittels ohne empfindliche mechanische Teile oder Meßgeräte gesteuert werden kann, und zwar sowohl entsprechend der Temperatur des zu beheizenden Raumes als auch entsprechend ihrer Änderung (statische und astatische Regelung). Die Möglichkeit, astatisch regeln zu können, bringt den besonderen Vorteil, daß der den Heizkörpern zugeführte Dampf unabhängig v.on seinem Druck und seiner Temperatur allein dem Bedarf entsprechend bemessen wird. Dies •*⁰ wird dadurch erreicht, daß die Weiche 10 sich auf ihre Mittellage stellt, sobald in den Abteilen durchschnittlich die Erwärmungszeit gleich der Abkühlzeit ist, wodurch der sich ergebende Strom aller Wärmefühler die Weiche 10 also mit seinem Mittelwert beeinflußt. Diese Mittelstellung ist demnach von der Art des zuströmenden Dampfes unabhängig, da sie bei jeder Stellung des Ventils 3 eintreten kann.

   Ferner können bei diesem Verfahren Ventile in Leitungen mit hohem Druck, die zu ihrer Abstellung große Kräfte benötigen, mit ganz geringem Kraftaufwand gesteuert werden, da die steuernden Teile sich angenähert in Atmosphärendruck bewegen.

   Das Regelverfahren kann auch überall dort verwendet werden, wo heiße Flüssigkeiten, Dampf oder Gase in regelbarer Menge zugeführt werden sollen, wofür es besonders in der chemischen Industrie viele Anwendungsmöglichkeiten gibt. Natürlich gilt dasselbe bei Zufuhr von verhältnismäßig kalten Mitteln, wie sie in der Kälteindustrie verwendet werden. Schließlich ist es auch denkbar, daß es dort, wo heiße Flüssigkeiten oder Dämpfe zur Verfügung stehen, wirtschaftlich sein kann, mit Hilfe des Verfahrens Zuleitungen von strömungsfähigen Mitteln, besonders wenn diese unter hohem Druck stehen und gleichgültig welche Temperatur sie haben, zu regeln.

   I¹ATlCNTA NSL'KÜCll E :

   i. Einrichtung zur Regelung der Raumtemperatur, insbesondere von Eisenbahnwagen, mittels einer Umlaufheizanlage, bei der in der Heizmittelzuleitung ein Ventil vorgesehen ist, das durch Wärmefühler in Abhängigkeit von der Raumtemperatur über eine Vorrichtung ähnlich einem Servomotor gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Servomotor aus zwei das Ventil (3) abwechselnd und in entgegengesetzter Richtung beeinflussenden Hauptausdehnungskörpern (22) besteht, und daß zwischen den Hauptausdehnungskörpern (22) und dem Ventil (3) je eine Kupplung (19, 20, 21) angeordnet ist, durch die eine kraftschlüssige Verbindung zwischen diesen Teilen nur bei Zufuhr von Wärme zu den Hauptausdehnungskörpern 122) erzielt ist.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Hauptausdehnungskörper (22) mit einem zweiarmigen, mit dem Ventil (3) gekuppelten Hebel (24) verbunden sind.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (19, 20, 21) ebenfalls Ausdehnungskörper (Kupplungskörper 19, 20) aufweist, die von demselben Wärmemittel wie die Hauptausdehnungskörper (22) umflossen werden.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptausdehnungskörper (22) an ihrem freien Ende einen Rohransatz (21) aus einem Material von geringer Wärmeausdehnung aufweisen, in dem die mit je einem Ende des Ventilhebels (24) fest, gegebenenfalls über eine Gelenkstange (i8j verbundenen Kupplungsausdehnungskörper (19, 20) großer Wärmeausdehnung angeordnet sind,

   so, daß sich die Kupplungsausdehnungskörper (19, 20) bei Zufuhr von Wärme zu den Hauptausdehnungskörpern (22) ausdehnen und fest in den Rohransatz (21) einpressen.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch ι bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptausdehnungskörper (22) aus im wesent-

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   lichen völlig geschlossenen Rohren bestehen, die von dem Wärmemittel, beispielsweise einem Zweigstrom des Heizmittels, durchflossen werden und zwecks Vermeidung zu rascher Abkühlung mit einem Wärmeschutzmittel umgeben sind.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch ι bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsausdehnungskörper (19, 20) aus den Ausdehnungsrohren herausragende Kühlflügel (29) aufweisen.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß in der Heizmittelzuleitung zu den Hauptausdehnungskörpern (22) ein Steuerschieber (9) angeordnet ist, der durch Wärmefühler in Abhängigkeit von der Raumtemperatur vorzugsweise auf elektromagnetischem Wege betätigt wird und den Zweigstrom des Heizmittels abwechselnd dem einen oder dem andern Hauptaüsdehnungskörper (22) zuleitet.
8. 8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Steuerschieber (9) der Zweigstrom des Heizmittels zuerst dem Innern der hohlen Kupplungsausdehnungskörper (19,20) zugeführt wird und darauf den Hauptausdehnungskörpern (22) zuströmt, so daß zuerst die Kupplungsausdehnungskörper (19, 20) und danach die Hauptausdehnungskörper (22) erwärmt werden.
9. 9. Einrichtung nach Anspruch y, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber (9) eine Mittelstellung aufweist, die durch den Wärmefühler bei Gleichgewicht zwischen Wärmezufuhr und Wärmeabfuhr in dem zu beheizenden Raum einstellbar ist, so daß keinem der beiden Hauptausdehnungskörper (22) Wärme zugeführt wird.
10. 10. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkstange (18') des einen der Kupplungsausdehnungskörper (19,20) mit dem Ventilhebel (24) über ein nachgiebiges Glied,

    z. B. eine Feder (32), verbunden ist.
11. 11. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Abflußrohr (6) der Heizanlage ein auf Überdruck oder Übertemperatur ansprechendes Ventil (30) angeordnet ist, das in das Ausdehnungsrohr mündet, das bei Ausdehnung eine Drosselung des Ventils (3) bewirkt.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen