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Vorrichtung zum Beheizen einer mit Stahlarmierung versehenen
Betonstrassendecke
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standen.
Es ist bekannt, zum Heizen einer Betonstrassendecke in den Beton Drähte einzulegen, die mittels i eines durch die Drähte hindurchgeschickten Stromes erwärmt werden. In einigen solcher Fälle hat man die Heizdrähte mit einer elektrisch isolierenden Umhüllung versehen. In andern Fällen hat man die Heiz- drähte mit einer im Bodenbelag vorgesehenen Stahlarmierung verbunden, wobei die Stahlarmierung in
Form einer Matte aus einander kreuzenden und an den Kreuzungsstellen miteinander verbundenen Stahl- drähten bestand. In andern Fällen hat man für die Beheizung Rohre in den Bodenbelag gelegt und das Innere dieser Rohre geheizt, beispielsweise durch in die Rohre eingezogene elektrisch isolierte Heizdrähte.
Bei den Heizvorrichtungen für Strassendecken, die aus einer Anzahl einander paralleler Heizdrähte bestehen, hat man diese Drähte verhältnismässig dicht nebeneinander gelegt, damit man eine genügend gleichmässige Beheizung der Oberfläche der Strassendecke erhält. Es wurde daher für zweckmässig gehal- ten, den Abstand zwischen den Heizdrähten ebenso gross oder kleiner zu halten als den Abstand zwischen deaHeizdrähten und der Strassenoberfläche. Eine dichte Anordnung von Heizdrähten ist jedoch verhältnis- mässig teuer. Man hat auch schon vorgeschlagen, auf den Einbau besonderer Heizdrähte zu verzichten und die Stahlarmierung der Betonstrasse an einen elektrischen Strom solcher Energie anzuschliessen, dass die
Drähte sich in dem erforderlichen Mass erwärmen.
Solche Anordnungen erfordern aber sehr grosse, für die
Praxis unzweckmässige Stromstärken, weil der Widerstand der Bewehrungsdrähte, die aus Festigkeitsgrün- den beträchtliche Querschnitte haben, sehr gering ist. Die Erfindung zeigt einen Weg aus diesem Dilem- ma.
Gemäss der Erfindung enthält die Strassendecke in zwei übereinanderliegenden Ebenen zwei Matten derart, dass eine Schar einander paralleler aus einer Metallegierung hohen elektrischen Widerstandes be- stehender Heizdrähte mit einer Schar aus einem Baustahl bestehender Drähte solcher Festigkeit, dass sie zusammen mit den Heizdrähten eine als Ganzes ohne bleibende Deformation verlegbare Matte (Heizmat- te) bilden, verschweisst ist, und dass in einem Abstand von dieser Heizmatte, u. zw.
in einer zu ihr paral- lelen Ebene, eine aus Baustahl bestehende Bewehrungsmatte angeordnet ist, wobei der Abstand der Heiz- matte von der Strassenoberfläche kleiner ist als ein Mehrfaches des Abstandes der Heizdrähte voneinander, der Abstand der Stäbe der Bewehrungsmatte in mindestens einer Richtung kleiner ist als der Abstand der
Heizdrähte voneinander, und der Abstand der Bewehrungsmatte von der Heizmatte kleiner ist als der Ab- stand der Heizmatte von der Strassenoberfläche. Vorzugsweise bestehen die Heizdrähte aus einer Stahlle- gierung, die erheblich höheren elektrischen Widerstand und grössere Festigkeit besitzt als Baustahl, und ihr Abstand voneinander ist etwa 3-10-mal so gross wie ihr Abstand von der Strassenoberfläche.
Es hat sich als besonders zweckmässig erwiesen, die wärmeleitenden Elemente der Bewehrungsmatte, die uhr- gens auch aus einem mit Schlitzen versehenen Stahlblech, z. B. sogenannten Streckmetall bestehen kann, so dicht zu verteilen, dass die Wärmeleitfähigkeit eines beliebigen Teiles dieser Matte mindestens halb so gross, besser noch mindestens so gross, ist wie die Wärmeleitfähigkeit des oberhalb dieses Teiles der
Matte liegenden Betons. Dabei ist zu beachten, dass die Wärmeleitfähigkeit der Elemente der Matte, wenn sie aus Eisen bestehen, ungefähr 80-mal so gross ist, wie Beton.
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Eine erhebliche Verbesserung der Vergleichmässigung der Wärmeverteilung kann dadurch erzielt wer- den, dass im Bodenbelag unterhalb der genannten Elemente Stücke einer Folie liegen, die geeignet ist, die auf sie von oben auftreffende Wärme nach oben zu reflektieren.
Die Zeichnung veranschaulicht die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen. i Fig. l zeigt einen Längsschnitt durch einen Betonbelag für eine Fahrbahn gemäss der Erfindung ;
Fig. 2-4 zeigen in Draufsicht einzelne Teile der in Fig. l dargestellten Vorrichtung, nämlich Fig. 2 die
Heizvorrichtung, Fig. 3 die Wärmeausgleichsvorrichtung, Fig. 4 die Reflektionsfolie ; Fig. 5 zeigt eine an- dere Ausführungsart der Wärmeausgleichsvorrichtung ; Fig. 6 zeigt eine andere Ausführungsart der Reflek- tionsfolie und Fig. 7 zeigt eine andere Anordnung der Vorrichtung gemäss der Erfindung.
Nach Fig. 1 sind in die Betonstrassendecke 1, u. zw. in drei untereinanderliegenden, zur Strassenober- fläche 0 parallelen Ebenen eingebettet : a) eine Heizvorrichtung A, die aus einer Schar einander paralleler Edelstahldrähte 2 und einer Schar sie rechtwinkelig kreuzender Stahldrähte 3 und 4 (s. Fig. 2) besteht, die mit den Drähten 2 durch Im- pulsschweissung verbunden sind ; b) darunter eine aus einander rechtwinkelig kreuzenden und miteinander durch Impulsschweissung verbundenen Stahldrähten 5 und 6 bestehende Bewehrungsmatte B (s. Fig. 3) ; c) darunter eine mit Löchern 7 versehene Aluminiumfolie 8 (s. Fig. 4).
Die Drähte 2 dienen als Heizdrähte und bestehen aus einer Legierung, die hohen elektrischen Wider- stand, d. h. einen Widerstand von etwa 0,2 Ohm/m. mm oder mehr und eine Zugfestigkeit besitzt, die mindestens so gross, vorzugsweise grösser ist als die Zugfestigkeit von üblichem Baustahl, aus dem die
Drähte 3,4, 5,6 bestehen. Im übrigen sind Grösse und Einzelheiten der Heizmatte A abhängig von den jeweiligen Ansprüchen, z. B. von Gesamtfläche und Breite des zu beheizenden Bodenbelages, von Heiz- leistung, Gleichmässigkeit der Heizung, Spannung des elektrischen Stromes, Art des Materials von Mat- te und Bodenbelag.
Beispielsweise wird die Heizmatte A in einer Ebene 4 cm unter der Betonoberfläche 0 verlegt und besteht aus 3 m langen und 2 mm starken Längsdrähten 2 aus einem Edelstahl, dessen spezifischer elektri- scher Widerstand 0,5 Ohm/m. mm beträgt, sowie aus 1, 5 m langen und 3 mm starken Querdrähten 3 aus einem gewöhnlichen Baustahl, dessen spezifischer Widerstand 0,15 Ohm/m. mm beträgt. An jedem
Ende ist ein 10 mm starker Querdraht 4 aus Baustahl oder Kupfer vorgesehen. Die Querdrähte 3 und 4 sind mit den Längsdrähten 2 an allen Kreuzungsstellen durch Impulsschweissung verbunden. Durch diese Art von Schweissen ist es möglich, die verschiedenartigen Drähte einwandfrei, u. zw. so zu verschweissen, dass der spezifische Widerstand der Schweissverbindung so niedrig wie möglich liegt.
Er soll jedenfalls nicht grösser sein, als der Widerstand der miteinander verbundenen Drähte. Unter
Impulsschweissen wird ein elektrisches Widerstandsschweissen verstanden, bei dem der Schweissstelle eine zum Schmelzen der Metalle ausreichende Wärme für die Dauer weniger Millisekunden durch einen trans- formierten Kondensatorentladungsstoss zugeführt wird.
Der Widerstand der Drähte 4 soll nicht grösser sein als der Gesamtwiderstand der einander parallel ge- schalteten Längsdrähte 2. Man kann zwischen den Enddrähten 4 Querdrähte 3 aus Stahl oder aus einem
Metall vorsehen, das besser leitet als Stahl, beispielsweise aus Aluminium oder Kupfer. Die Stärke der
Drähte 3 bzw. 4 ist so zu wählen, dass sie verhindern, dass sich die Matte beim Verlegen bleibend defor- miert. Die Drähte 4 sichern dann zusammen mit den Längsdrähten 2 im wesentlichen die mechanische
Stabilität der Matte beim Transport und beim Verlegen.
Die Länge der Drähte 2,3 und 4 kann beliebig sein, u. zw. auch so, dass die Matte quadratisch ist.
Die aus den Drähten 2, 3 und 4 bestehenden Heizmatten werden, wie Fig. 1 zeigt, in einer Ebene hintereinander-und gegebenenfalls auch nebeneinandergelegt. An die Drähte 4 sind Anschlussdrähte 9 an- geschweisst, die entweder mit dem Draht 9 oder 4 der folgenden Matte verbunden sind oder durch den Be- ton 1 zu einer Stromquelle, z. B. einem Transformator, führen.
Fig. 1 zeigt in einer waagrechten Ebene, die etwa 3 cm unter der Heizmatte liegt, die Bewehrung- matte B, deren jede, wie Fig. 3 zeigt, aus einer Anzahl von Längsdrähten 5 und einer Anzahl von Quer- drähten 6 besteht, die an ihren Kreuzungsstellen durch Impulsschweissen miteinander verbunden sind. Die
Länge der Drähte 5 und 6 kann im wesentlichen übereinstimmen mit der Länge der Längs- und Querdrähte der Heizmatten ; sie kann aber auch davon beträchtlich abweichen.
Die Matten B dienen zusammen mit den Heizmatten A zur Bewehrung des Betons und haben darüber hinaus die für die Erfindung wesentliche Wirkung, die durch die Heizmatte A in den Beton 1 gebrachte
Wärme, die infolge der Abstände der Drähte der Heizmatte unregelmässig verteilt ist, gleichmässiger zu verteilen. Dementsprechend ist die Matte B derart aufgebaut, dass jede beliebige Gruppe von Längs- und
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Querdrähten 5,6 eine Wärmeleitfähigkeit besitzt, die mindestens so gross ist wie die Wärmeleitfähigkeit des oberhalb davon liegenden Teiles des Bodenbelages.
Wenn man als eine Matte nicht Drähte sondern
Stahlblech benutzen würde, so wäre es sehr leicht auszurechnen, dass die Stärke dieses Stahlbleches mindestens rund 1/80 der Höhe der über dem Stahlblech liegenden Betonschicht wäre, da die Wärmeleitfähigkeit von Stahl 80 mal so gross ist wie die Wärmeleitfähigkeit von Beton. Wenn gemäss obiger Beschreibung das Stahlblech 70 mm unterhalb der Oberfläche des Betons liegt, würde also zweckmässig sein, ein Stahlblech von 1 mm Stärke zu benutzen. Tatsächlich wird man aber, wenn man für die Matte B Stahlblech benutzen würde, dieses Stahlblech mit vielen Öffnungen versehen müssen, um das Durchbinden des Betons durch das Stahlblech zu ermöglichen.
Es bliebe aber leicht festzustellen, welche Stahlblechstärke man benutzen müsste, da das benutzte Stahlblech dasselbe Gewicht haben muss wie das nach obigen Ausführun- gen errechnete Stahlblech. Dementsprechend müsste auch die aus Stahldrähten bestehende Matte zum
Zwecke der Wärmeverteilung das gleiche Gewicht besitzen wie ein 1 mm starkes Stahlblech.
Die vorstehende Berechnung für die Matte B gilt für den Fall, dass keine Reflektionsfolie 8 vorgesehen ist. Wenn man von dem theoretischen Fall ausgeht, dass eine Reflektionsfolie benutzt wird, die alle auf sie auftreffende Wärme reflektiert, so könnte man für die Matte B mit der Hälfte des Materials auskom- men. In vielen Fällen wäre es zweckmässig, die errechneten Werte sicherheitshalber ein wenig zu über- schreiten. Als Folie 8 kommt Aluminiumfolie in Betracht, u. zw. entweder eine Folie mit genügend grossen Löchern, dass der Beton hindurchbinden kann oder aber die Verwendung einzelner Aluminiumstrei- fen von einer Fläche in der Grössenordnung von einem oder einigen Quadratzentimetern, die in den Beton eingelegt werden.
Die Ebene, in die die Aluminiumfolie eingelegt wird, liegt vorzugsweise nur wenig unterhalb der untersten der Matten A und B, beispielsweise 5 mm darunter. Die Folie ist mindestens auf der reflektierenden Seite blank und kann auf der unteren Seite mit einer Schicht versehen sein, die eine
Abgabe von Wärme nach oben weitgehend verhindert. Beispielsweise ist eine blanke Folie auf ihrer Unterseite mit Papier kaschiert, oder zwischen zwei Aluminiumfolien liegt ein Papier. Es ist zweckmässig, und das gilt vor allem dann, wenn keine Reflektionsfolie benutzt wird, den Bodenbelag auf seiner Unterseite gegen den übrigen Boden zu isolieren. Bei Verwendung von Betonplatten als Bodenbelag genügt dafür häufig die Isolierung, die man oft ohnehin zum Isolieren solcher Platten zu benutzen pflegt.
Beispielsweise liegt 40 mm unter der Oberfläche der Betonplatte, die als Bodenbelag dient, eine Heizmatte A aus 3 m langen und 2 mm starken Drähten aus einem nicht rostenden Edelstahl hohen elektrischen Widerstandes, die untereinander einen Abstand von 200 mm besitzen. Diese Drähte 2 (s. Fig. 2) sind miteinander an ihren Enden durch einen 1, 5 ru langen und 5 mm starken Querdraht 4 verbunden und im übrigen durch Querdrähte 3 aus 1 mm Stahldraht verbunden, die untereinander einen Abstand von 500 mm haben. Die Anschlussdrähte 9 liegen an einander gegenüberliegenden Ecken dieser Matte.
Dieser Heizmatte wird durch die Anschlussdrähte ein elektrischer Strom zugeführt, dessen Leistung für eine Zeit, bis zu der sich eine ausreichende Wärmewirkung an der Betonoberfläche zeigt, 360 W, nämlich 120 W pro m beträgt ; nach der Anheizperiode wird diese Leistung auf 1/4 herabgesetzt. 30 mm unter dieser Heizmatte A liegt zum Wärmeausgleich die Matte B (s. Fig. 3), die aus 3 m langen und 5 mm starken Längsdrähten besteht, sowie aus Querdrähten 6, die ebenfalls 5 mm stark, aber l, SO m lang sind. Beide Drähte 5 und 6 bestehen aus gewöhnlichem Stahldraht. Der Abstand zwischen den Querdrähten beträgt 50 mm. Der Abstand der Längsdrähte 5 beträgt 300 mm. Es sind also die quer zu den Heizdrähten 2 liegenden Drähte 6, die im wesentlichen den Wärmeausgleich bewirken.
In einem Abstand von 5 mm unterhalb der Matte B liegt eine Folie 8 aus Aluminium, wie sie Fig. 4 zeigt. Die Folie besitzt Ausschnitte 7, so dass der Beton durch die Folie hindurch abbinden kann und somit durch die eingelegte Folie in seiner Festigkeit nicht wesentlich beeinträchtigt wird. An Stelle der Folie 8 können auch kleinere Folienstreifen 8a, die eine Länge von beispielsweise 100 mm und eine Breite von 20 mm (s. Fig. 6) haben, in den Beton eingelegt werden.
Zwischen der Betonplatte 1 und dem Erdboden liegt eine Wärmeisolierung, die beispielsweise aus einer aus Stroh oder Papier hergestellten Matte besteht.
Fig. 5 zeigt eine andere Form einer dem Wärmeausgleich dienenden Bewehrungsmatte. Sie weicht von der in Fig. 3 dargestellten Matte im wesentlichen dadurch ab, dass an Stelle von einzelnen, im Abstand von jeweils 50 mm voneinander liegenden Drähten 6, deren Durchmesser 5 mm beträgt, Drähte 6a und 6b paarweise im Abstand von 60 mm voneinander angeordnet sind, wobei die einzelnen Drähte einen Durchmesser von 4 mm besitzen und die Drähte 6a und 6b dicht aneinanderliegen. Bei Verwendung einer Folie 8 kann die Stärke der Drähte 6a und 6b bis auf 3 mm verringert werden.
An Stelle einer aus Drähten zusammengeschweissten Matte, wie sie beispielsweise die Fig. 3 und 5 zeigen, kann die Wärmeausgleichsvorrichtung auch aus einem gelochten Stahlblech bestehen, beispiels-
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weise einem Blech, das die gleiche Form hat wie die in Fig. 4 dargestellte Folie 8. Unter den gleichen Voraussetzungen würde ein solches Blech, bei dem die Löcher 1/3 der Blechoberfläche einnehmen, eine Stärke von 0, 6 mm haben können. Wenn das Blech aus Aluminium besteht, so genügt eine Stärke von 0,2 mm, bei Verwendung von Kupferblech eine Stärke von 0,12 mm. Wenn als Wärmeausgleichsvorrichtung ein Blech unterhalb der Heizvorrichtung A angeordnet wird, so empfiehlt es sich, die Unterseite
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matte B, die sich von Fig. 1 vor allem dadurch unterscheidet, dass die Matte B oberhalb der Heizmatte A liegt.
In diesem Fall ist die Verwendung einer Folie 8 in besonderem Masse zweckmässig.
In Fig. 3 und 5 sind die Matten B stets so dargestellt, dass die für den Wärmeausgleich entscheidenden
Drähte 6 bzw. 6a und 6b rechtwinkelig zu den Heizdrähten 2 liegen. Eine solche Anordnung ist die zweck- mässigste. Immerhin ist es auch möglich, diese Drähte 6 bzw. 6a und 6b in einem andern Winkel quer zu den Heizdrähten 2 anzuordnen.
4n Interesse der Vergleichmässigung der Heizung kann es sich empfehlen, die Anschlüsse für den elektrischen Strom an zwei Stellen einzuführen, die der Heizmatte diametral gegenüberliegen. Dement- sprechend sind in Fig. 2 die Anschlussdrähte 9 angeordnet. Hintereinanderliegende Heizmatten könner dann einfach dadurch elektrisch aneinander angeschlossen werden, dass die benachbarten Ecken durch ein kurzes Leitungsstück 9 miteinander verbunden werden. Um die Heizleistung für die Heizmatte nach de'
Anheizzeit ohne Schwierigkeit auf 1/4 des Wertes, herabsetzen zu können, empfiehlt es sich, die Matten einer Gruppe von jeweils 4 Matten so'an die elektrische Stromquelle anzuschliessen, dass mittels eines
Schalters eine Gruppe von 4 Matten wahlweise in Reihe und parallel geschaltet werden kann.
Um zu verhindern, dass die Heizdrähte an dem Beton in unerwünschter Weise haften, kann man sie mit einer dünnen Schicht eines'Stoffes versehen, der das Haften verhindert ; dabei ist es zweckmässig, einen solchen Stoff zu verwenden, der die Wärmeleitung zwischen Draht und Beton nicht wesentlich ver- ringert. Dazu eignet sich insbesondere ein Siliconöl.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zum-Beheizen einer mit'Stahlarmierung versehenen Beton-Strassendecke mittels elek- trisch beheizter, in den Beton der Strassendecke eingelegten Heizdrähte, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schar einander paralleler aus einer Metallegierung hohen elektrischen Widerstandes bestehender
Heizdrähte mit einer Schar aus einem Baustahl bestehender Drähte solcher Festigkeit, dass sie zusammen mit den Heizdrähten eine als Ganzes ohne bleibende Deformation verlegbare Matte (Heizmatte) bilder, verschweisst ist, und dass in einem Abstand von dieser Heizmatte, u. zw.
in einer zu ihr parallelen Ebene, eine aus Baustahl bestehende Bewehrungsmatte angeordnet ist, wobei der Abstand der Heizmatte von der
Strassenoberfläche kleiner ist als ein Mehrfaches des Abstandes der Heizdrähte voneinander, der Abstand der Stäbe der Bewehrungsmatte in mindestens einer Richtung kleiner ist als der Abstand der Heizdrähle voneinander, und der Abstand der Bewehrungsmatte von der Heizmatte kleiner ist als der Abstand dt. i
Heizmatte von der Strassenoberfläche.