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Einrichtung zur elektrischen Beheizung von Schierenstücken, insbesondere von Weichen
Für die Erhaltung der Betriebstüchtigkeit bei Vereisungsgefahr erweist sich eine elektrische Behei- zung von Schienenstücken, etwa Teile einerWeiche, betrieblich von Vorteil.
Der Eisenbahnbetrieb erfordert eine robuste, den Witterungseinflüssen und mechanischen Beanspru- chungen widerstehende Anordnung. Sie muss imstande sein. den zerrütend wirkenden, mechanischen Belastungen des Zugbetriebes standzuhalten. Es muss vor allem der Raum zwischen Aussenschiene und Weichenzunge erwärmt werden, wofür pro laufendem Meter eine bestimmte Wärmemenge, abhängig von der Lage der Heizelemente, erforderlich ist.
So wurde eine direkte Beheizung durch galvanische Verbindung der Schiene, wobei das Schienenstück einen Teil des Stromkreises bildet, vorgeschlagen, Diese Anordnung erfordert jedoch grosse Ströme so dass sich klobige Kontaktstellen und schwere Zuleitungen ergeben. Auch ist die Heizleistung relativ hoch, da sich die Schiene auf ihrer ganzen Oberfläche erwärmt, so dass ein Vielfaches der für den Zwischenraum Schiene-Zunge erforderlichen Wärmeleistung aufgebracht werden muss.
Durch die Schweizer Patentschrift Nr. 172929 ist weiters eine Rahmenheizanordnung bekanntgeworden, die aber infolge Heizung von grossem Raum hohe Wärmeverluste aufweist.
Auch an einigen Stellen angebrachte Heizkörper (deutsche PatentschriftNr. 59259) haben infolge ihrer konzentrierter. Wärmeleistung relativ grosse Abstrahlungsverluste.
Die durch die Zeitschriften "Verkehr und Technik", Dez. [1963], sowie "Elektrische Bahnen' : iv1ärz [1931], bekanntgewordene Heizanordnung benötigt durch ihre relativ hohe Spannung eine hochwertige elektrische Isolation der Heizstäbe gegen den Rohrmantel. Diese bei dieser Art der Weichenheizung erforderliche hochwertige Isolierschicht um den eigentlichen Heizleiter ist aber ein sehr schlechter Wärmeleiter, so dass der Heizleiter selbst eine hohe Temperatur annimmt. Diese Ausführung bedingt ferner hitzebeständige Isolationen, welche aber empfindlich gegen Vibrationen sind, so dass eine sorgfältige und dementsprechend teure Verlegung notwendig wird.
Durch diese hohe Heiztemperatur treten aber Längsdehnungen auf, so dass das Heizelement mit der Schiene nicht starr verbunden werden kann, sondern mittels einer klemmenartigen Befestigung mit dem Schienenfuss verbunden wird. Dies ergibt aber durch den an der Befestigungsstelle sich bildenden Luftkeil einen schlechten Wärmeübergang.
Ausserdem müssen die Aus-und Zuleitungen wegen der relativ hohen Spannungen sehr sorgfältig mit Spezialkabeln erfolgen. Bei Beschädigung besteht sogar Lebensgefahr
Auch die Schweizer Patentschrift Nr. 358519 beschreibt einen an höherer Spannung liegenden Heizleiter in einem Schutzmantel. Die Heizwärme entsteht im stromdurchflossenen Leiter entsprechend seinem Widerstand. Die Rückleitung erfolgt über die Schiene.
Ebenso ergibt die Anordnung nach der deutschen Patentschrift Nr. 901218 wegen des nicht satten Aufsitzen relativ grossen Temperaturabfall und Abstrahlungsverluste.
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Die in der österr. Patentschrift Nr. 204584 beschriebene Anordnung, bei der blanke Heizleiter direkt unter die Gleitstühle gelegt werden, ist wegen der Gefahr von elektrischen Kurzschlüssen kaum betriebs- sicher auszuführen. Auch besteht die Gefahr eines Schwellenbrandes.
Die erfindungsgemässe Lösung setzt sich zum Ziel, eine Heizanordnung zu schaffen, die vor allem den Raum Schiene-Zunge speist, da nur eine solche Heizanordnung wirklich wirtschaftlich ist.
Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zur elektrischen Beheizung von Schienenstücken, ins- besondere von Weichen, durch ein mit der Schiene verbundenes rohrförmiges Heizelement, das in seinem
Inneren einen stromdurchflossenen Leiter aufnimmt. Erfindungsgemäss ist das rohrförmige Heizelement mit dem zu beheizenden Schienenstück mit beliebigen Schweisspunkten verbunden und besteht aus einem
Material, welches bei einer Magnetisierung durch einen stabförmigen, im Inneren des Rohres liegenden Leiter fliesser4en Wechselstrom grosse Wirbelstromverlustwärme erzeugt.
Diese erfindungsgemässe Einrichtung stellt somit eine Heizrohranordnung dar, bei der die Wärme überwiegend durch die Wirbelstromwärme eines aus Stahl ausgeführten Heizrohres entsteht, und welches über Schweisspunkte einen guten Wärmekontakt ohne nennenswerte Temperaturgefälle mit der Schiene besitzt. Die Wirbelströme werden durch den als Stab ausgebildeten und in diesem Rohr verlegten Hinlei- ter. der vom einem Wechselstrom durchflossen wird, hervorgerufen. Die Stromrückleitung bildet das rohrförmige Heizelement, mit dem elektrische parallel dazu liegenden Schienenstück, wobei das Ende der Hinleitung mit dem Rohr verbunden ist oder kann an Stelle des Rohres das zu beheizende Schienenstück die Rückleitung bilden.
Nach einer andern Variante ist die Stromhinleitung mit der Schiene verbunden und das Rohr oder vorzugsweise die Schiene bildet die Rückleitung.
Bei Beheizung von Rillenschienen liegt das rohrförmige Heizelement auf dem oberen Ende des Steges auf der Seite der Schienenlauffläche.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in denZeichnungen dargestellt.
Fig. 1 zeigt die Anordnung bei einer direkten Beheizung einer Weichenzunge. Fig. 2 zeigt eine Anordnung für die Beheizung einer Rillenschienenweiche.
In Fig. 1 wird der stabförmig ausgebildete Stromleiter (Hinleiter) 1 isolienfür eine Kleinspannung in einem Heizrohr aus Stahl 2, welches wärmetechnisch innig mit der Zunge 3 (durch Schweissstellen 4) verbunden ist, geführt. Das Ende der Hinleitung ist mit dem Rohr 5 verbunden. Die Rückleitung erfolgt durch das Heizrohr bzw. durch die Schiene. Ein Heiztransformator 6, der mit seiner Erregerwicklung 9 am Netz angeschlossen ist, speist mit seinen beiden Wicklungen 7,8 die beiden Schienenstränge galvanisch getrennt (Isolierschiene). Die Lage des Heizrohres kann natürlich den Erfordernissen entsprechend an verschiedenen Stellen angebracht werden, z. B. auf der gegenüberliegenden Seite der Zunge oder an der Aussenschiene oder zwischen Schiene und Gleitstuhl usw.
Die Fig. 2 zeigt die beispielsweise Anordnung einer Rillenschienenweiche für Strassenbahnen. Mit 10 ist die in der Rille der Schiene gleitende Zunge bezeichnet.
Diese erfindungsgemässe Anordnung erlaubt die Verlegung des Heizrohres an der für die Heizung günstigsten Stelle, soweit an dieser Stelle eine Schweissung mit Schweisspunkten in einem Abstand von zirka 200 mm zugelassen wird. Sie weist geringe Wärmeverluste auf, da der Umfang des Stahllohres nur teilweise gegen Luft liegt. Überdies gelangen die ohmschen Stromwärmen des Hinleiters über das Rohr teilweise wieder in die Schiene, wodurch sich der thermische Wirkungsgrad der Anordnung erhöht. Da die Hin- und Rückleitung den geringstmöglichen Abstand haben, ergibt sich ein mässiger induktiver Leistungsbedarf. Die Anordnung kann den Vibrationen der Schiene folgen und macht auch die Deformation einer elastischen Weichenzunge mit. Bewegliche Anschlüsse werden so vermieden.
Das Heizrohr besteht aus normalem Rohr mit einer Wandstärke von einigen Millimetern, ist also mechanisch unempfindlich und sehr billig. Ein Rostschutz ist nicht unbedingt erforderlich, da ein Durchrosten auf lange Sicht nicht zu befürchten ist und durch die Weichenwartung das Rosir mit Öl bestrichen werden kann. Da die Oberflächentemperatur gering ist, tritt ein Verdampfen nicht auf. Es können natürlich auch andere metallische schweissbare Werkstoffe mit guten Wirbelstromeigenschaften und welche den Witterungseinflüssen besser widerstehen, verwendet-werden (z. B. nicht rostender Stahl). Der im Rohr verlegte Hinleiter lässt sich als Stab mit grossem Querschnitt, also mässiger Stromdichte, ausbilden. Es tritt daher kein bedeutendes Temperaturgefälle zwischen Rohr und Leiter auf.
Die Heizwärme wird ja überwiegend im Rohr selbst erzeugt, so dass die Isolation des Hinleiters mit den bekannten billigen Isolationsmaterialen bewerkstelligt werden kann. Es ist auch nur eine geringe Spannung (Kleinspannung) zu isolieren, so dass trotz starker Verfeuchtung keine Isolationsschwierigkeit auftritt. Eine Gefährdung bei Beschädigung der Isolation liegt nicht vor.
Eine Demontage im Sommer ist nicht erforderlich, da keine empfindliche, teure Isolation für die
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Zuleitung erforderlich ist und auch Gleisarbeiten ungestört vor sich gehen können. Die Ausleitungen und
Zuleitungen sind wegen der mässigen Ströme (zirka 300 A und 1, 5 V/m Schiene) einfachherzustellen. Die
Anpassung dieser Strom-und Spannungswerte an dieNetzwerte kann durch direkt im Schotterbett einge- baute, mit einer der Freiluft gewachsenen Ummantelung (etwa giessharzvergossenen) versehenen Trans- formateren geschehen.
Die Baugrösse dieser Übertrager ergibt sich aus der erforderlichen Heizleistung, zuzüglich der Ver- luste der Hin-und Rückleitung und der durch die Leiterschleife bedingten induktiven Leistungen.
Die erfindungsgemässe Anordnung besitzt bei geringem Materialaufwand wenig Wärmeverluste und bei 50 Hz einen mässigen induktiven Leistungsbedarf. Sie ermöglicht daher eine wirtschaftliche Gesamt- lösung.
PATENTANSPRÜCHE.
1. Einrichtung zur elektrischen Beheizung von Schienenstücken, insbesondere von Weichen, durch ein mit der Schiene verbundenes rohrförmiges Heizelement, das in seinem Inneren einen stromdurchflos- senen Leiter aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass das rohrförmige Heizelement (2) mit dem zu beheizenden Schienenstück mit beliebigen Schweisspunkten (4) verbunden ist und aus einem Ma- terial besteht, welches bei einer Magnetisierung durch einen stabförmigen, im inneren des Rohres lie- genden Leiter (1) fliessenden Wechselstrom grosse Wirbelstromverlustwärme erzeugt.