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Regelungsvorrichtung für Heizungen von Fahrzeugen, insbesondere Eisenbahnfahrzeugen
Der Wärmebedarf der Heizanlagen von Fahrzeugen ist in besonderem Masse von den äusseren Verhält- nissen abhängig, d. h. von Aussenlufttemperatur, Sonnenstrahlung, Wind usw. Die Leistung der Heizan- lage muss nun nach dem grössten vorkommenden Wärmebedarf dimensioniert sein. Es ist daher erforder- lich, bei geringerem Bedarf die Heizleistung zu verringern. Zu diesem Zwecke ist es bekannt, in dem zu beheizenden Raum einen Thermostaten anzuordnen, welcher die Heizung bei Überschreiten der Soll-
Temperatur ausschaltet und bei Unterschreiten einschaltet.
Infolge der grossen Wärmekapazität der Heiz- körper und der erforderlichen grossen Entfernung des Raumthermostaten von den Heizkörpern treten bei einer derartigen Regelung beträchtliche Raumtemperaturschwankungen auf, d. h. es entstehen unzulässig grosse Abweichungen von der Soll-Temperatur.
Man hat bereits versucht, diese Raumtemperaturschwankungen dadurch zu verringern, dass man die
Temperatur des in der Heizanlage verwendeten Heizmediums in Abhängigkeit von den äusseren Verhältnissen beeinflusst, wobei ein Thermostat verwendet wird, der sowohl der Aussentemperatur als auch der Temperatur des Heizmediums ausgesetzt ist. Damit kann aber noch nicht den verschiedenartigen äusseren Einflüssen Rechnung getragen werden. Es wurde daher auch versucht, durch mehrere an der Aussenseite des Fahrzeuges angebrachte Thermostate die verschiedenartigen äusseren Einflüsse zu erfassen. Dazu ist es aber notwendig, eine Summierung dieser Einflüsse durchzuführen, was komplizierte Geräte erfordert.
Ausserdem ist es dabei sehr schwierig, eine richtige Bewertung der einzelnen Einflüsse zueinander vorzunehmen.
Bei Zentralheizungen von Gebäuden hat man bereits vorgeschlagen, die Heizleistung des Ofens oder Kessels in Abhängigkeit von den äusseren Verhältnissen zu beeinflussen, indem man einen ausserhalb des Gebäudes der Aussentemperatur ausgesetzten, mittels eines Thermostaten durch eine elektrische Heizspirale auf konstanter Temperatur gehaltenen Vergleichsbehälter anordnet. Die hiefür erforderliche Heizleistungbeeinflusst zusammen mit einem dem Heizmedium ausgesetzten Thermostaten mittels besonderer Übertragungseinrichtungen die Kesselleistung. Die Regelung erfolgt bei solchen Einrichtungen jedoch nur träge.
Es wurde auch schon vorgeschlagen, diesen Vergleichsbehälter mit einer Wärmeisolierung zu versehen und ihn in seiner äusseren Form derjenigen des Gebäudes anzupassen, um bezüglich der Wärmeververluste eine möglichst grosse Annäherung an jene des Gebäudes zu erzielen. Eine genaue Anpassung ist jedoch bisher nicht gelungen, unter anderem auch deshalb, weil die richtige Bemessung des Einflusses der Faktoren Heizmedium und Aussenverhältnisse zueinander kaum einwandfrei möglichist.
Trotzdemkönnen derartige Einrichtungen bei Gebäuden mit Vorteil angewendet werden, weil Gebäude eine grosse Wärmekapazität aufweisen, so dass eine träge Regelung noch brauchbar ist und weil die Wirkung der Einrichtungen für den dort angestrebten Zweck ausreicht, nämlich die Kesselleistung angenähert dem zu erwartenden Bedarf anzupassen, wodurch Brennstoffersparnisse erzielt werden.
Bei Fahrzeugheizungen, insbesondere in Eisenbahnfahrzeugen, führt jedoch eine derartige Regelung nicht zum Erfolg, da sich einerseits die äusseren Einflüsse infolge der Ortsbeweglichkeit des Fahrzeuges rasch und ständig ändern und die Wände des Fahrzeuges eine so geringe Wärmekapazität aufweisen, dass sich diese Änderungen praktisch ohne Zeitverzögerung auf den Innenraum des Fahrzeuges auswirken und anderseits die zu beheizenden Räume klein, die Wärmekapazität der Heizkörper jedoch gross ist, so dass besonders grosse Raumtemperaturschwankungen entstehen.
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Zweck der Erfindung ist, eine Einrichtung zur Beheizung von Fahrzeugen und zwar insbesondere von
Eisenbahnfahrzeugen unter Vermittlung eines ausserhalb des Fahrzeugraumes befindlichen Regelimpulsge- bers zu schaffen, welcher sämtliche äusseren Einflüsse unmittelbar selbst registriert, ohne dass eine Sum- mation mehrerer Registriereinrichtungen, welche die verschiedenen Ausseneinflüsse erfassen, erforderlich ist und welche imstande ist, Raumtemperaturschwankungen zu verhindern bzw. auf ein erträgliches Mass herabzusetzen.
Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, dass in einem Vergleichsbehälter, welcher an einer Stelle angeordnet ist, die den gleichen äusseren Einflüssen ausgesetzt ist, wie das Fahrzeug selbst, ein, vorzugsweise elektrischer Heizkörper von kleiner Wärmekapazität und in unmittelbarer Nähe des- selben ein Thermostat angeordnet sind, welch letzterer gleichzeitig und gleichsinnig den Heizkörper des
Vergleichsbehälters und das Heizsystem des Fahrzeuges ein-und ausschaltet und dass die Heizleistung des
Heizkörpers des Vergleichsbehälters zu den Wärmeverlusten des Vergleichsbehälters im gleichen Verhält- nis steht, wie die maximale Heizleistung des Heizsystems des Fahrzeuges zu den Wärmeverlusten des Fahrzeuges bei gleichen Aussenverhältnissen. Dadurch,
dass der elektrische Heizkörper im Vergleichsbe- hälter eine kleine Wärmekapazität aufweist, wird seine Temperatur beim Ein- und Ausschalten sehr schnell und praktisch fast ohne Verzögerung verändert und der im Vergleichsbehälter in unmittelbarer
Nähe des Heizkörpers angeordnete Thermostat wird die Temperaturveränderungen sehr schnell registrieren.
Der Thermostat im Vergleichsbehälter wird somit wesentlich schneller reagieren, als ein im Fahrzeuginneren angeordneter Thermostat. Die damit erreichte hohe Frequenz der Ein- und Ausschaltungen des Heizkörpers des Vergleichsbehälters und damit des Heizsystems des Fahrzeuges bewirkt, dass die Temperaturschwankungen im Fahrzeuginneren auf ein Mindestmass verringert werden. Gleichzeitig wird durch die erfindungsgemässe Bemessung des Verhältnisses der Heizleistung des Heizkörpers des Vergleichsbehälters zu den Wärmeverlusten des Vergleichsbehälters stets jene Heizleistung eingestellt, die bei wechseln- den äusseren Einflüssen zur Aufrechterhaltung der Soll-Temperatur im Fahrzeug gerade erforderlich ist.
Bei milder Witterung, wenn die Wärmeverluste des Vergleichsbehälters und des Fahrzeuges gering sind, wer- den die Ausschaltzeiten des Heizkörpers im Vergleichsbehälter und damit auch des Heizsystems im Fahrzeug so weit vergrössert und bei kälterer Witterung so weit verkleinert, dass die Soll-Temperatur im Fahrzeuginneren gerade aufrecht erhalten wird.
Im Rahmen der Erfindung kann noch im Fahrzeuginneren selbst ein Thermostat angeordnet sein, welcher unabhängig vom Thermostat des Vergleichsbehälters in an sich bekannter Weise bei Überschreiten einer vorbestimmten Temperaturgrenze das Heizsystem des Fahrzeuges ausschaltet. Auf diese Weisekann verhindert werden, dass die Temperatur im Fahrzeuginneren aus Gründen, die nicht mit den äusseren Verhältnissen zusammenhängen, wie beispielsweise übermässiger Besetzung des Wagens, den Soll-Wert überschreitet. Das Einschalten der Fahrzeugheizung zur Erreichung bzw. Aufrechterhaltung der Soll-Temperatur wird aber dabei pulsierend vom Thermostat des Vergleichsbehälters nach Massgabe der äusseren Verhältnisse gesteuert.
Wenn abnormale Betriebsverhältnisse auftreten, beispielsweise dadurch, dass das Fahrzeug einige Zeit nicht im Betrieb war und daher stark abgekühlt ist, oder dass bei einem Fahrzeug die Fenster zu lange offen gelassen wurden, so kann die erfindungsgemässe Regeleinrichtung während des Andauerns dieser abnormalen Verhältnisse ausgeschaltet werden. Dies kann z. B. in einfacher Weise dadurch erfolgen, dass ein zusätzlicher Raumthermostat bei Unterschreiten einer vorbestimmten Temperatur die Einwirkung des Thermostat im Vergleichsbehälter auf das Heizsystem des Fahrzeuges unterbricht und die Heizanlage eingeschaltet bleibt.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung entspricht der Vergleichsbehälter in seiner äusserenForm in verkleinertem Massstab im wesentlichen der Form des zu beheizenden Fahrzeuges und ist in zum Fahrzeug paralleler Lage frei am Dach desselben angeordnet. Hiedurch wird es erleichtert, die äusseren Einflüsse vollständig und ungefälscht zu erfassen. Die Anordnung kann hiebei so getroffen sein, dass die Wärmedurchgangszahlen der einzelnen Wände des Vergleichsbehälters untereinander im gleichen Verhältnis stehen wie die Wärmedurchgangszahlen der zu diesen Behälterwänden parallelen Fahrzeugwände untereinander.
Bei einer solchen Ausbildung wirken sich die äusseren Einflüsse auch dann, wenn sie an den verschiedenen Fahrzeugseiten verschieden sind, wie dies beispielsweise bei Seitenwind der Fall ist, auf den Vergleichsbehälter in gleicher Weise aus wie auf das Fahrzeug selbst und es wird daher eine genauere Regelung erreicht.
Um eine noch genauere Annäherung bzw. eine sehr weitgehende Analogie zwischen den Abkühlungsverhältnissen des Vergleichsbehälters und des Fahrzeuges selbst zu erreichen, kann die Anordnung so getroffen sein, dass die Behälteiwände Wandteile mit höherer und Wandteile mit niedrigerer Wärmedurchgangszahl aufweisen, wobei in jeder Behälterwand das Grössenverhältnis dieser Wandteile zueinander dem Grössenverhältnis zwischen Wandflächen und Fensterflächen in der zur betreffenden
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Behälterwand parallelen Fahrzeugwand und das Verhältnis der Wärmedurchgangszahlen dieser Behälterwandteile dem Verhältnis zwischen den Wärmedurchgangszahlen von Wandflächen und Fensterflächen des Fahrzeuges entspricht. Es können weiters gemäss der Erfindung auch die Wände bzw.
Wandteile des Vergleichsbehälters Oberflächen aufweisen, deren Wärmestrahlung annähernd gleich ist der Wärmestrahlung der Oberflächen der zu diesen Behälterwänden bzw. -wandteilen parallelen Fahrzeugwände bzw. Fahrzeugwandteilen, da ja auch z. B. die Farbe der Fahrzeugaussenwand das Ausmass der Wärmeabstrahlung verändert.
Zur Erreichung einer gewünschten Schaltfrequenz des Thermostaten im Vergleichsbehälter, z. B. entsprechend der mechanischen Leistungsfähigkeit der in der Heizanlage vorgesehenen elektrischen Schaltapparate, können erfindungsgemäss im Vergleichsbehälter, vorzugsweise am Heizkörper, zusätzliche Massen angeordnet werden.
Zur Einstellung der verschiedenen Regelgrössen des Vergleichsbehälters bzw. Anpassung an verschiedene Fahrzeugtypen können in Ausgestaltung der Erfindung noch weitere Verstelleinrichtungen im Vergleichsbehälter vorgesehen sein. Durch eine Einstellvorrichtung zur Veränderung der Heizleistung des Heizkörpers kann die maximal erreichbare Beheizung des Fahrzeuges eingestellt werden. Es kann weiters in ansich bekannter Weise eine Einstellvorrichtung für die Schalttemperatur des Thermostaten vorgesehen sein, wodurch diejenige Aussentemperatur festgelegt wird, bei deren Überschreitung nicht mehr geheizt werden soll. Es kann weiters auch in an sich bekannter Weise eine Einstellvorrichtung für die Empfindlichkeit des Thermostaten vorgesehen werden, wodurch dessen Schaltfrequenz beeinflusst wird.
Durch eine Einstellvorrichtung zur Veränderung der Wärmedurchgangszahl der Isolation des Vergleichsbehälters können die Wärmeverluste des Vergleichsbehälters auf eine für die Regelung erforderliche Grösse gebracht werden.
In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen schematisch erläutert.
Fig. l zeigt das prinzipielle Schema eines Vergleichsbehälters, Fig. 2, 4 und 5 zeigen eine Ausfüh- rungsform eines Vergleichsbehälters, wobei Fig. 2 einen Schnitt nach Linie n-11 der Fig. 4, Fig. 3 einen Schnitt nach Linie III-III der Fig. 4, Fig. 4 einen Schnitt nach Linie IV-IV der Fig. 2 und Fig. 5 einen Schnitt nach Linie V-V der Fig. 2 darstellen.
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meisolierenden Wänden 2, 3,4 und 5. In dessen Innerem sind ein Heizkörper 6 und ein Thermostat 7 an- geordnet. Der Heizkörper 6 beeinflusst den Thermostaten 7 und dieser schaltet bei Erreichung einer be- stimmten Temperaturgrenze den Heizkörper 6 ab, wobei gleichzeitig auch die nicht dargestellte Fahr- zeugheizung abgeschaltet wird.
Die Abkühlungsverhältnisse im Vergleichsbehälter, welche einen Einfluss auf die Schaltfolge haben, werden durch die Isolation der Wände 2 - 5 bestimmt. Um beispielsweise den Fensterflächen Rechnung zu tragen, kann an einer Stelle 8 der Wände 2,3, 4 und 5 des Vergleichsbehälters 1 die Isolation unterbro- chen sein. Im übrigen aber ist der Vergleichsbehälter dicht abgeschlossen. Zwischen dem Heizkörper 6 und dem Thermostaten 7 ist schematisch eine Masse 9 dargestellt, deren Grösse den Einfluss des Heizkörpers 6 auf den Thermostaten 7 verändert. Diese Masse 9 kann selbst veränderbar bzw. auswechselbar sein, wodurch die Schaltfrequenz des Thermostaten 7 verändert werden kann.
Die Masse 9 kann auch unmittelbar am Heizkörper 6 in wärmeleitender Verbindung mit diesem angeordnet sein, wodurch dessen Wärmekapazität und damit auch wieder die Schaltfrequenz verändert wird.
In der Fig. l ist nur ein Wandteil S dargestellt, welcher durch Entfernung der Isolation eine niedrigere Wärmedurchgangszahl aufweist, als die übrigen Wandteile. Um eine bessere Analogie mit dem Fahrzeug zu schaffen, kann aber jede der Wände 2, 3,4 und 5 entsprechende Wandteile 8 mit geringerer Wärmedurchgangszahl aufweisen, so dass in jeder Behälterwand 2, 3, 4 und 5 die Wandteile grösserer Wärmedurchgangszahl und die Wandteile mit kleinerer Wärmedurchgangszahl in gleichem Verhältnis zueinander vorgesehen sein können, wie dies bei den zu den betreffenden Wänden parallelen Fahrzeugwänden der Fall ist. Die Isolation der Wände 2,3, 4 und 5 kann gegebenenfalls auch einstellbar sein.
Dies wäre beispielsweise in der Art denkbar, dass ein kompressibles Isolationsmaterial, wie beispielsweise ein Schaumstoff, verwendet wird, welches zwischen verstellbaren Druckplatten auf verschiedene Stärken eingestellt werden kann.
Die Fig. 2,3, 4 und 5 zeigen nun ein Ausführungsbeispiel eines solchen Vergleichsbehälters l, welcher in seiner äusseren Form ungefähr der Form des Fahrzeuges entspricht und unter Vermittlung eines Fusses 10 in zum Fahrzeug paralleler Lage frei am Fahrzeugdach aufgesetzt ist. In den Wänden 2,3, 4 und 5, welche entsprechend wärmeisoliert sind, sind Wandteile 8 mit kleinerer Wärmedurchgangszahl vorgesehen, wie sie beispielsweise Fensteröffnungen des Fahrzeuges entsprechen können. Um eine Staubdichtheit zu gewährleisten, ist innerhalb der Isolation der Wände 2, 3,4 und 5 ein geschlossenes Blechgehäuse 11 vorgesehen.
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Im Vergleichsbehälter 1 ist der von einer Heizspirale gebildete elektrische Heizkörper 6 in unmittelbarer Nähe des Thermostaten 7 angeordnet, welcher als balgförmiger Ausdehnungskörper ausgebildet ist.
20 ist ein Schalter, welcher die Stromzufuhr zum Heizkörper 6 und gleichzeitig auch die Energiezufuhr zum Heizsystem des Fahrzeuges kontrolliert. An einem Ende des Thermostaten 7 greift ein Arm 12 eines doppelarmigen Hebels 12, 14 an, welcher gegen eine Brücke 13 abgestützt und um eine Achse 15 schwenkbar ist. Durch eine auf einen dritten Arm 21 des Hebels 12, 14 wirkende Feder 16 wird der Hebelarm 12 gegen den Thermostaten 7 gedrückt. Der Arm 14 des doppelarmigen Hebels 12, 14 wirkt auf einen Schalter 20. Über eine mit dem Heizkörper 6 verbundene, eine Masse bildende Platte 9 erfolgt die Wärme- übertragung auf den Thermostaten 7. Bei Temperaturerhöhung dehnt sich der Thermostat 7 aus und der Schalter 20 schaltet den Heizkörper 6 und damit gleichzeitig das Heizsystem des Fahrzeuges ab und bei Abkühlung wieder ein.
Bei einer Erwärmung über die eingestellte Soll-Temperatur im Vergleichsbehälter wird somit die Energiezufuhr zum Heizkörper 6 des Vergleichsbehälters 1 und zum Heizsystem des Fahrzeuges unterbrochen und bei Unterschreitung der Soll-Temperatur eingeschaltet. Die gewünschte Soll-Temperatur im Vergleichsbehälter ist durch Änderung der Vorspannung der Feder 16 mittels einer Schraube 17 einstellbar, wobei eine Skala 18 die Einstellung erleichtert. Durch eine Schraube 19 wird der auf den Schalter 20 wirksame Hub des doppelarmigen Hebels 12, 14 eingestellt. Auf diese Weise kann die Empfindlichkeit des Thermostaten 7 und damit die Schaltfrequenz verändert werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Regelungsvorrichtung für Heizungen von Fahrzeugen, insbesondere Eisenbahnfahrzeugen, unter Vermittlung eines ausserhalb des Fahrzeuginnenraumes befindlichen Regelimpulsgebers, dadurch gekenn-
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letzterer gleichzeitig und gleichsinnig den Heizkörper (6) des Vergleichsbehälters (l) und das Heizsystem des Fahrzeuges ein-und ausschaltet und dass die Heizleistung des Heizkörpers (6) des Vergleichsbehäl- ters (l) zu den Wärmeverlusten des Vergleichsbehälters (l) im gleichen Verhältnis steht, wie die maxi- male Heizleistung des Heizsystems des Fahrzeuges zu den Wärmeverlusten des Fahrzeuges bei gleichen
Aussenverhältnissen.