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Selbsttätige Regelung der Luftheizung von Eisenbahnfahrzeugen Im Patent
7o9 26,r ist eine Einrichtung zur selbsttätigen Regelung der Heizung von Eisenbahnfahrzeugen
mit den Zustrom des Heizmittels zum Heizkörper jedes Abteiles in Abhängigkeit von
der Raumtemperatur selbsttätig steuernden Einzelreglern und einem gemeinsamen, den
Einzelreglern vorgeschalteten Haupteinlaßregler beschrieben, bei der die gleichen
Geberimpulse, die zur Verstellung der Einzelregler beim Über- oder Unterschreiten
der Grenze der Raumtemperatur dienen, gleichzeitig unmittelbar auch den Haupteinlaßregler
derart steuern, daß in Abhängigkeit von der Zu- bzw. der- -Abnahme der Summe der
beheizten Abteile die Wärmezufuhr zum Wagen stufenweise vergrößert bzw. verkleinert
wird. Auf diese Weise wird erreicht, daß dem Waagen mittels des Hauptreglers nur
die jeweils benötigte Menge des Heizmittels zugeführt wird, die dann mittels der
Einzelregler auf die einzelnen Abteile, j e nach deren Wärmebedarf, verteilt wird.
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Die Erfindung bezweckt die Anwendung des gleichen Grundsatzes auf
eine Luftheizung, bei der die den beheizten Räumen zugeführte Frischluft in einem
mit elektrischen Heizelementen ausgestatteten Erhitzer erwärmt wird. Bei einer solchen
Einrichtung ist es bekannt, die Heizelemente mittels je eines Schützes ein- und
auszuschalten, wobei die Erregerwicklungen der Relais von in den beheizten Räumen
angeordneten temperaturempfindlichen Gebern geschaltet werden. Es ist auch schon
vorgeschlagen worden, die Schalteinrichtung, die die Erregung der einzelnen Schütze
nacheinander ein- bzw. ausschaltet, durch den Anker eines Drehmagneten zu verstellen,
dessen Erregerwicklung in
Reihe mit den untereinander parallelen
Kontaletthermometern und Betätigungsspulen der Einzelregler in den Abteilen geschaltet
ist und demzufolge von der Summe der durch die Abteilgeber eingeschalteten Ströme
durchflossen wird.
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Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, die bei einer solchen Einrichtung
erforderliche Vielzahl von Schützen zu vermeiden und die Schaltung der mit hochgespanntem
Strom betriebenen Heizelemente des Lufterhitzers mittels einer Schaltwalze vorzunehmen,
um so die Betriebssicherheit der Regeleinrichtung zu erhöhen.
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Gemäß der Erfindung besteht bei einer selbsttätigen Regelung der Luftheizung
von Eisenbahnwagen mit dem Zustrom der Heizluft zu den einzelnen Abteilen in Abhängigkeit
von der Raumtemperatur steuernden Einzelreglern und mit einem den Einzelreglern
vorgeschalteten Hauptregler, der mittels einer Schalteinrichtung die Heizelemente
im Lufterhitzer in Abhängigkeit von der Summe der die Einzelregler verstellenden
Geberimpulse schaltet, die Schalteinrichtung r. aus einem Drehmagneten, durch dessen
Erregerwicklung die Summe der durch die Kontakte der Geber in den Abteilen geschlossenen
Ströme fließt, a. aus einem Doppelkontakt, dessen einer Kontaktteil von dem Drehmagneten
verstellt wird, und 3. aus einem von dem Kontakt in beiden Richtungen in Gang setzbaren
Motor, der eine die Heizelemente im Lufterhitzer schaltende Walze antreibt und den
anderen Kontaktteil verstellt.
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Überschreitet bei einer derartigen Einrichtung die Raumtemperatur
in einigen Räumen die Ansprechtemperatur der in ihnen angeordneten Geber, so wird
die Erregung des Drehmagneten verstärkt. Der Anker des Drehmagneten verstellt den
einen Kontaktteil des Doppelkontaktes, der mit dem anderen Teil Kontakt gibt und
so den Motor in Gang setzt. Infolgedessen wird die mit dem Motor gekuppelteSchaltwalze
so weit gedreht, daß einer der auf ihr aufliegenden Kontaktarme der Heizelemente
des Lufterhitzers von dem auf der Schaltwalze angeordneten Kontaktstreifen abläuft
und das zugeordnete Heizelement ausschaltet. Inzwischen ist der andere Kontaktteil
des Doppelkontaktes von dem Motor so Zweit verstellt worden, daß die Kontaktgabe
am Doppelkontakt unterbrochen ist. Sinkt die Raumtemperatur in einzelnen Abteilen
wieder ab, so wird durch den Drehmagneten der eine Kontaktteil in entgegengesetzter
Richtung verstellt, so daß der andere Kontakt geschlossen und der Motor und die
Schaltwalze in entgegengesetzter - Richtung umlaufen, wodurch die Heizelemente des
Lufterhitzers nacheinander wieder eingeschaltet werden, bis durch den Antrieb des
anderen Kontaktteiles des Doppelkontaktes der Motor wieder stillgesetzt wird.
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Um zu erreichen, daß bei der durch Öffnen oder Schließen des Kontaktes
eines Abteilgebers hervorgerufenen Verstellung des Drehankers die Schaltwalze immer
nur um ein ganzes Vielfaches des zur Schaltung eines Heizelementes erforderlichen
Drehwinkels verstellt wird und keine unerwünschten Zwischenstellungen einnimmt,
wird erfindungsgemäß mit dem Anker des Drehmagneten ein Hilfsmagnet verbunden, der
sich bei Drehung des Ankers an einer Reihe von feststehenden, als Rasten wirkenden
Eisenstücken vorbeibewegt. Dieser Hilfsmagnet hat das Bestreben, in den Stellungen
stehenzubleiben, in denen sein Kern einem dieser Eisenstücke gegenübersteht. Durch
die Anordnung dieser Rasten wird erreicht, daß auch der eine Kontaktteil des Doppelkontaktes
stets bestimmte Stellungen einnimmt; durch entsprechende Bemessung der Übersetzungen
im Antrieb der Schaltwalze und des anderen Teiles des Doppelkontaktes wird erreicht,
daß auch die Schaltwalze jeweils um so viel verstellt wird, wie zur Ein- oder Ausschaltung
eines oder mehrerer Heizelemente erforderlich ist.
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Zur Sicherung einer genauen Verstellung der Schaltwalze können auch
zwei mit Kontaktstreifen belegte, vom Motor angetriebene Schaltscheiben und ein
mit diesen zusammenarbeitender Kontaktarm vorgesehen werden, Über die ein zu dem
jeweils eingeschalteten Kontakt des Doppelkontaktes paralleler Kontakt so lange
geschlossen wird, bis die Verstellung der Schaltwalze um den erforderlichen Schaltwinkel
beendet ist. Der Kontaktarm ist von der einen Schaltscheibe auf die andere durch
zwei Magnetspulen umstellbar, die in den von den beiden Kontakten des Doppelkontaktes
ausgehenden, den Lauf des Motors in beiden Richtungen bewirkenden Stromkreisen angeordnet
sind. Die Anordnung dieser parallel geschalteten Kontakte hat zur Folge, daß der
Motor auch nach Unterbrechung der Kontaktgabe am Doppelkontakt weiterläuft, bis
der Kontaktarm auf einer dieser Schaltscheiben zwischen zwei Kontaktstreifen gelangt
und so die Stromzufuhr zum Motor unterbricht. Diese Kontaktstreifen werden so angeordnet,
daß in den durch sie bestimmten Stellungen der Schaltwalze die mit ihr zusammenarbeitenden
Kontaktarme die richtige Stellung im Verhältnis zu den Kontaktstreifen der Schaltwalze
einnehmen.
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Auch bei dieser Anordnung kann mit dem Anker des Drehmagneten ein
sich an feststehenden Eisenstücken vorbeibewegender
Hilfsmagnet
verbunden werden, der dafür sorgt, daß der eine Kontaktteil in der Ruhelage eine
Mittelstellung einnimmt, in der er von den beiden Gegenkontakten gleich weit entfernt
ist. _ Auch bei der Einrichtung gemäß der Erfindung läßt sich, wie in Verbindung
mit einem Drehmagneten bereits vorgeschlagen, eine Beeinflussung der Regelung durch
die Außentemperatur dadurch erzielen, daß die Rückstellfeder des Drehmagneten der
Außentemperatur ausgesetzt und so ausgebildet ist, daß ihre Spannung um so höher
ist, je geringer ihre Temperatur ist.
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In der Stromzuführung zu den Heizelementen des Lufterhitzers wird
zweckmäßig ein Ausschaltrelais angeordnet, dessen Erregerwicklung von den beiden
Kontakten des Doppelkontaktes eingeschaltet wird. Hierdurch wird erreicht, daß die
Stromzufuhr zu den Heizelementen während einer Verstellung der Schaltwalze unterbrochen
ist, so daß an dieser eine Funkenbildung ausgeschlossen ist.
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Ist der von dem Geber in den einzelnen Abteilen eingeschaltete und
durch die zur Vl'erstellung des Abteilreglers dienende Spule fließende Strom zu
gering, um die Verstellung des Drehmagneten um das erforderliche Maß zu gewährleisten,
so können parallel zu den Spulen der Abteilregler noch Widerstände angeordnet werden,
wodurch die Geberleistung erhöht wird. Auch kann die Erregerwicklung des Drehmagneten
unterteilt werden, wobei mit jedem der Kontaktgeber in den Abteilen je ein Wicklungsteil
in Reihe geschaltet ist.
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Bei einem Lufterhitzer, bei dem außer den elektrischen Heizelementen
noch die Möglichkeit vorgesehen ist, ihn mit Dampf zu betreiben, um die Luftheizung
auch auf nicht elektrifizierten Strecken in Gang halten zu können, kann der von
dem Doppelkontakt in Gang gesetzte Motor zur Verstellung eines Ventils in der Dampfzufuhr
zum Lufterhitzer und damit zur Regelung der Dampfzufuhr in Abhängigkeit vom Wärmebedarf
des Wagens herangezogen werden.
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In der Zeichnung sind zwei- Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch
dargestellt, und zwar zeigen Abb. i und 2 eine Einrichtung, bei der Zwischenstellungen
der Schaltwalze durch magnetische Rasten für den Drehanker vermieden werden, in
Ansicht- und Grundriß, Abb. 3 und 4 eine Einrichtung, bei der außerdem zur Sicherung
der genauen Verstellung der Schaltwalze den Doppelkontakten parallele Kontakte zugeordnet
sind, in Ansicht und Grundriß.
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Der Lufterhitzer i ist mit sechs elektrischen Heizelementen 2a bis
2f ausgerüstet, denen je einer der auf der Schaltwalze 3 aufliegenden Kontaktarme
4" bis 41 zugeordnet ist. Die Schaltwalze 3; deren Mantel aus einem Isolierstoff
besteht, trägt ein gestuftes Kontaktstück 5, das durch den Leiter hat
t dem einen Pol 7 einer Hochspannungsquelle verbunden ist, an deren anderen
Pol 8 die Heizelemente 2a bis 2f angeschlossen sind. In dem Leiter 6 ist
ein Schaltschütz 9 angeordnet.
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Die Schaltwalze 3 wird über die Zahnräder io, 1i, 12 von einem Motor
13 verstellt, der mit zwei gegenläufig angeordneten Erregerwicklungen versehen ist,
so daß ein Anker sich sowohl in der einen als auch in der entgegengesetzten Richtung
drehen kann, je nachdem die Stromzufuhr über den Pluspol 14 oder den Pluspol 15
erfolgt.
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In jedem der beheizten Abteile ist eines der bei der gewünschten Raumtemperatur
kontaktgebenden Thermometer i8a bis igf angeordnet, die mit den Betätigungsspulen
ig für die Abteilgeber, die je eine in das betreffende Abteil mündende Öffnung des
Heizluftkanals steuern, in Reihe geschaltet sind. Die Thermometer 18 und die Spulen
i9 der Abteile sind sämtlich untereinander parallel und mit der Erregerwicklung
2o eines Drehmagneten 2i in Reihe geschaltet und an die Spannungsquelle 22 angeschlossen.
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Der Drehanker 23 des Drehmagneten 21, der je nach der Stärke der Erregung
der Spule 2o gegen die Wirkung einer nicht dargestellten Rückzugsfeder verschieden
weit in die Verbindungslinie der Magnetpole gezogen wird, ist mit einem Ausleger
24 versehen, auf dem ein Anschlag 25 angeordnet ist. Ferner ist mit dem Drehanker
23 ein radial angeordneter Eisenkern 26 verbunden, der von einer Magnetspule 27
umgeben ist und sich bei Drehung des Ankers 23 an einer Reihe fest angeordneter
Eisenstücke 28" bis 28g vorbeibewegt. Die Spule 27 wird durch Anschluß an eine Spannungsquelle
dauernd erregt.
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Auf der Achse 29 des Drehankers 23 läuft lose ein Zahnrad 34 das über
die Zwischenräder 32 bis 34 mit dem auf der Welle des Motors 13 befestigten Zahnrad
35 in Eingriff steht. Mit dem Zahnrad 31 sind ein federnder Doppelkontaktarm 38
und zwei zu beiden Seiten desselben angeordnete ebenfalls federnde Gegenkontaktarme
40 und 41 fest verbunden. Der Doppelkontaktarm 38 ragt in den Drehbereich des Anschlages
25 auf dem Ausleger 24 des Drehankers 23. Von dem Doppelkontaktarm 38 führt ein
Leiter 42 über die Erregerwicklung 43 des Schaltschützes 9 zu dem Pluspol einer
Spannungsquelle 44 deren Minuspol durch den Leiter 45 mit der Minusklemme 46 des
Motors 13 verbunden ist. Von dem Gegenkontaktarm 40 führt ein Leiter 48 zu der einen
Plusklemme 14 des
Motors i3, von dem anderen Gegenkontaktarm 41
führt ein Leiter 49 zu der anderen Plusklemme 15.
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Die Wirkungsgreise dieser Einrichtung ist folgende: Der Drehanker
23 und die Schaltwalze 3 nehmen die gezeichnete Stellung ein, in der drei der Heizelemente,
und zwar die Heizelemente 2" bis 2" eingeschaltet sind, wenn in drei von den sechs
Abteilen die gewünschte Raumtemperatur überschritten ist und drei der Thermometer
18 Kontakt geben.
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Ist die durch die Heizelemente 2a bis 2, der Frischluft zugeführte
Wärmemenge zu groß und steigt infolgedessen in einem weiteren Abteil die Raumtemperatur
über dieAnsprechtemperatur seines Thermometers 18, so wird hierdurch die Erregung
der Spule 2o des Drehmagneten 21 verstärkt, so daß der Drehanker 23 gegen die Wirkung
seiner Rückzugsfeder im Gegenzeigersinn gedreht wird, bis er von dem Hilfsmagneten
26, 27 in der durch das Eisenstück 28d gegebenen Stellung festgehalten wird.
Bei dieser Drehung legt sich der Anschlag 25 auf dem Ausleger 24 gegen den Doppelkontaktarm
38 und biegt ihn so weit, daß er sich gegen den Gegenkontakt 41 legt und so den
Motorstromkreis 44, 43, ,I2, 38, 41, 49, 15 und 46, 45, 44 schließt. Die Spule 43
des Schaltschützes 9 wird hierbei erregt, so daß die Stromzufuhr zur Schaltwalze
3 unterbrochen ist. Der Motor dreht sich in Richtung des Pfeiles 52, und über die
Zahnräder 12, 11, io wird auch die Schaltwalze im Zeigersinn gedreht, so daß der
Kontaktarm 4, außer Eingriff mit dem Kontaktstück 5 gelangt. Gleichzeitig wird über
die Zahnräder 32 bis 35 das Zahnrad 31 im Gegenzeigersinn gedreht, wobei die mit
ihren Kontaktstücken aneinanderliegenden Arme 38 und 41 mitbewegt werden. Nach Zurücklegung
eines bestimmten Drehwinkels löst sich der Doppelkontaktarm 38 von dem Anschlag
25 und federt zurück, wobei sein Kontaktstück sich von dem des Armes 41 abhebt.
Hierdurch wird die Stromzufuhr zum Motor 13 und damit die Drehung der Schaltwalze
3 und des Zahnrades 31 unterbrochen. Die Erregerwicklung 43 des Schaltschützes wird
ebenfalls stromlos, so daß nunmehr den Heizelementen des Lufterhitzers, und zwar
nur noch den Heizelementen 2" und 2v, wieder Strom zufließt.
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Umgekehrt weicht bei Schwächung der Erregung des Drehmagneten 21 infolge
des Absinkens der Raumtemperatur in einem der Abteile der Anschlag 25 vor dem Doppelkontaktarm
24 zurück, so daß dieser sich gegen den anderen Kontakt 40 legt. Hierdurch wird
außer einer Unterbrechung die Stromzufuhr zu den Heizelementen am Schaltschütz 9
die Einschaltung und Drehtrog des Motors 13 in umgekehrter Richtung bewirkt. Die
Schaltcvalze 3 wird infolgedessen gedreht, so daß eine größere Anzahl von Heizelementen
eingeschaltet wird. Die Kontaktgabe an den Kontaktarmen 38 und 40 wird durch die
Bewegung des Zahnrades 31 im Zeigersinn unterbrochen, sobald der Kontaktarm 38 an
dem verstellten Anschlag 25 anstößt und sein Kontaktstück sich von dem des Armes
4o wieder abhebt.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Abbildungen 3 und 4 sind die
beiden Gegenkontakte 40 und 41 fest auf dem Ausleger 24 des Drehankers 23 angebracht.
In dem Leiter 48, der den Kontakt 40 mit der Plusklemme 14 des Motors 13 verbindet,'
ist eine Spule 52 und in dem Leiter 49, der den Kontakt 41 mit der anderen Plusklemme
15 des -Motors 13 verbindet, ist eine Spule 53 eingeschaltet: die beiden Spulen
sind hintereinanderliegend angeordnet. An dem gemeinsamen beweglichen Eisenanker
54 der beiden Spulen 52 und 53 ist ein seitlicher Arm 55 befestigt, der sich, je
nachdem, ob die Spule 52 oder 53 erregt ist mit seinem Kontaktknopf 58 auf den Umfang
einer Schaltscheibe 56 oder einer Schaltscheibe 57 legt. Auf den Schaltscheiben
56 und 57, die auf der Welle der Schaltwalze 3 befestigt sind, befinden sich einzelne
Kontaktstreifen 59, die durch Zwischenräume voneinander getrennt sind und denen
über Schleifringe 6o und 61 und Bürsten-62 und 63 Strom zugeführt wird. Die Bürsten
62 und 63 sind durch Leiter 64 und 65 mit den Leitern 48 bzw. 49 verbunden. Der
Arm 55 ist durch den Leiter 66 mit dem Leiter 42 verbunden.
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Die Stromläufe 66, 55, 56, 6o, 62, 64 einerseits und 66, 55, 57, 61,
63, 65 andererseits liegen also parallel zu den Kontakten 38/.I0 bzw. 38/41.
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Die Wirkungsweise dieser Einrichtung ist folgende Wird die Erregung
des Drehmagneten 21 durch Kontaktgabe eines weiteren Raumthermometers 18 verstärkt,
so wird sein Drehanker 23 im Gegenzeigersinn gedreht, so daß sich der am Ausleger
24 befestigte Kontakt 41 gegen den federnden Kontaktarm 38 legt. Hierdurch wird
dem Motor 13 über die Plusklemme 15 Strom zugeführt, so daß er sich in Richtung
des Pfeiles 52 dreht, wobei er die Schaltwalze 3 in der gleichen Richtung mitnimmt
und so die Ausschaltung eines Heizelementes :2 bewirkt. Über die Zahnräder 35 bis
32 treibt der Motor 13 das Zahnrad 31 im Gegenzeigersinn an, so daß sich der Kontaktarm
38 von dem Gegenkontakt 41 abhebt. Hierdurch wird jedoch die Stromzufuhr zunt Motor
13 nicht unterbrochen, da die Spule 53 nach Kontaktgabe an den Kontakten 38 und
41
erregt worden ist und den Arm 55 auf die Schaltscheibe 57 gezogen hat, so däß der
Kontakt 38/q.1 durch den Stromlauf 66, 55, 57, 61, 63, 65 überbrückt worden ist.
Der Motor 13 läuft also weiter, und zwar so lange, bis der Kontaktknopf 58 des Armes
55 in den Zwischenraum zwischen zwei Kontaktstreifen 59 der Schaltscheibe 57 gelangt
ist. Diese Kontaktstreifen 59 sind so angeordnet, daß ein Stillsetzer des Motors
13 und der von ihm angetriebenen Schaltwalze 3 erst dann eintritt, wenn das Kontaktstück
5 der Schaltwalze 3 die richtige Stellung zu den Kontaktarmen 4, bis 4e einnimmt.
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Bei Schwächung der Erregung des Drehmagneten legt sich der feste Kontakt
40 gegen den Kontaktarm 38, so daß der Motor 13 in umgekehrter Richtung umläuft.
Durch die Kontaktgabe an den Kontakten 38 und 40 wird die Spule 52 erregt, die den
Arm 55 auf die Schaltscheibe 56 zieht. Diese hält die Stromzufuhr zum Motor 13 nach
Unterbrechung des Kontaktes 38/4o aufrecht, bis die Schaltwalze 3 um den erforderlichen
Drehwinkel gedreht worden ist.
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Die Rasten 28Q bis 28, für den mit dem Drehanker 23 verbundenen Hilfsmagneten
26, 27 dienen bei dieser Ausführungsform dazu, den Drehanker 23 in solchen Stellungen
fest-. zuhalten, in denen die auf seinem Ausleger 24 befindlichen Kontakte 40 und
41 gleich weit -von dem Kontaktarm 38 entfernt sind. -Die Rückzugsfeder, gegen deren
Wirkung der Drehanker 23 des Magneten 2 i bei wachsender Erregung in die Verbindungslinie
der Magnetpole gezogen wird, kann auch bei der erfindungsgemäßen Einrichtung, wie
bei anderen mit Drehmagneten ausgestatteten Heizungsreglern bereits vorgeschlagen,
als eine der Außentemperatur ausgesetzte Bimetallfeder ausgebildet sein, deren Spannung
*bei sinkender Temperatur zunimmt und so eine Abhängigkeit der Regtung von der Außentemperatur
erzielt wird.