Die vorliegende Erfindung betrifft eine beheizbare Schiene, insbesondere für Einschienenbahnen, mit mindestens einem an einem Schienenträger angeordneten flachen Laufflächenprofil.
Schienen mit auf Schienenträgern angeordneten Laufflächenprofilen sind insbesondere bei Einschienenbahnen üblich. Bei solchen im Freien aufgestellten Schienen besteht das Problem, dass sich der Schnee auf den Schienen ansammelt und das Wasser schlecht ablaufen kann, weil die Laufflächenprofile üblicherweise horizontal angeordnet sind. Dies kann zum Vereisen der Schiene führen. Vereiste und/oder mit Schnee überdeckte Schienen können das Verkehren von Schienenfahrzeugen behindern oder sogar verunmöglichen.
Es ist bekannt, Schienenabschnitte von Eisenbahngeleisen im Bereich von Weichen zu beheizen, um das Ansammeln von Schnee zwischen den Backen- und Zungenschienen zu verhindern und somit das vollständige Umstellen der Weichen zu gewährleisten. Üblicherweise erfolgt dieses Aufheizen der Schienenabschnitte mittels seitlich der Schienen angeordneten, ortsfesten Gasbrennern. Dies erfordert eine teure Infrastruktur und eine regelmässige Wartung und ist mit grossen Wärmeverlusten verbunden.
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine allwettertaugliche Schiene gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1 zu schaffen, die mit geringem Aufwand schnee- und eisfrei gehalten werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Anspruches 1 gelöst. Da das nach oben gekehrte, im wesentlichen horizontal angeordnete Laufflächenprofil gegenüber dem Schienenträger thermisch isoliert ist, wird nur das Laufflächenprofil beheizt, wogegen der Schienenträger unbeheizt bleibt. Es treten somit geringe Wärmeverluste auf. Auf das Laufflächenprofil fallender Schnee schmilzt und auf dem Laufflächenprofil vorhandenes Wasser kann nicht gefrieren. Da das Heizelement innerhalb des Laufflächenprofils angeordnet ist, ist dieses gegen mechanische Beschädigung und gegen Witterungseinflüsse geschützt. Selbstverständlich können pro Laufflächenprofil mehrere Heizelemente vorgesehen sein.
Bei Eisenbahngeleisen besteht das Problem des Ansammelns von Schnee auf den Schienen und das Vereisen der Schienen im Bereich der Laufflächen infolge der schmalen Schienenquerschnitte praktisch nicht.
In einer bevorzugten Ausbildungsform der Erfindung ist das Heizelement in eine Nut im Laufflächenprofil eingelassen. Solche Laufflächenprofile sind einfach und mit wenig Aufwand herstellbar.
In einer besonders bevorzugten Ausbildungsform der Erfindung ist das Heizelement über eine wärmeleitende Masse mit dem Laufflächenprofil thermisch gekoppelt. Die Wärme wird dadurch durch Wärmeleitung und nicht durch Strahlung von dem Heizelement an das Laufflächenprofil übertragen, was mit einem höheren Wirkungsgrad verbunden ist.
Durch das erfindungsgemässe Anordnen einer Isolationsplatte zwischen dem Laufflächenprofil und dem Schienenträger wird auf eine einfache Weise eine besonders wirksame thermische Isolation erzielt. Diese Isolationsplatte kann mit dem Laufflächenprofil und/oder mit dem Schienenträger verklebt sein.
Eine besonders einfache Regelung der Heizleistung gemäss einer bevorzugten Ausbildungsform der Erfindung ist dadurch erzielbar, dass das Heizelement ein elektrisches, selbstregelndes Heizband ist, wie es beispielsweise von der Raychem Corporation hergerstellt und vertrieben wird.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausbildungsform der erfindungsgemässen Schiene können bekannte Schienenträger verwendet werden, wobei durch das Anbringen von zusätzlichen Laufflächenprofilen keine oder nur geringfügige Änderungen an den Fahrgestellen der Schienenfahrzeuge notwendig sind.
Bei einer besonders bevorzugten und einfachen Ausbildungsform der Erfindung sind die selbstregelnden Heizbänder mit die Schienenfahrzeuge speisenden Stromschienen verbunden. Es sind keine Steuerelemente wie Schalter, Temperaturüberwachungen und Regelvorrichtungen notwendig, was eine besonders hohe Zuverlässigkeit bei geringen Investitionskosten gewährleistet.
Die Erfindung wird anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben. Es zeigen rein schematisch:
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine beheizbare Schiene und
Fig. 2 in vergrösserter Darstellung den in der Fig. 1 mit II angedeuteten Bereich der Schiene.
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Schiene einer Einschienenbahn für Schienenfahrzeuge wie sie beispielsweise aus der DE-OS 3 702 900 bekannt sind. Der Schienenträger 10 weist einen kastenförmigen Aufbau mit einem im wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf. Zwei voneinander beabstandete und parallel zueinander verlaufende, flache Wandprofile 12 sind mit einem ebenfalls flachen Bodenprofil 14 und Deckenprofil 16 starr verbunden, beispielsweise verschweisst. Diese Profile 12, 14, 16 sind vorteilhafterweise aus Stahl oder Aluminium gefertigt. Im Bereich der Verbindung zwischen diesen Profilen 12, 14, 16 sind Versteifungsstege 18 vorgesehen. Das Deckenprofil 16 steht beidseitig über die Wandprofile 12 vor.
Auf dem Deckenprofil 16 sind in den seitlichen Endbereichen parallel zueinander verlaufende, flache, ungefähr symmetrisch zu den Wandprofilen 12 angeordnete Laufflächenprofile 20 vorgesehen. Diese weisen erfindungsgemäss je zwei in Längsrichtung verlaufende und seitlich voneinander beabstandete Nuten 22 auf, die nach unten, d.h. gegen den Schienenträger 10 hin, offen sind. In Übereinstimmung mit der Erfindung ist in jeder Nut 22 ein selbstregelndes, elektrisches Heizband 24 vorgesehen, wie dies weiter unten anhand von Fig. 2 näher zu erläutern sein wird. Die Heizbänder befinden sich somit geschützt im Laufflächenprofil in der Nähe der Lauffläche. Dies führt zu einer optimalen Beheizung des Laufflächenprofils.
Seitlich des in der Fig. 1 rechts dargestellten Wandprofiles 12 sind zwei parallel zum Schienenträger 10 verlaufende Stromschienen 26 angedeutet. Diese Stromschienen 26 speisen über Stromabnehmer die Schienenfahrzeuge. Entlang der Schiene sind in bestimmten Abständen, beispielsweise alle 60 m, Transformatoren 28 vorgesehen, welche - wie schematisch durch die Leitungen 30 dargestellt - von den Stromschienen 26 gespeist sind. Sekundärseitig sind die Transformatoren 28 über weitere nur schematisch dargestellte Leitungen 32 mit den Heizbändern 24 verbunden.
Im Bereich des in der Fig. 1 links dargestellten Laufflächenprofils 20 sind gestrichelt das eine Tragrad 34 und Führungsräder 36 eines Fahrgestells eines aus der DE-OS 3 702 900 bekannten Schienenfahrzeuges angedeutet. Selbstverständlich läuft auf dem rechten Laufflächenprofil 20 ebenfalls ein Tragrad 34; dieses ist aber nicht dargestellt.
Fig. 2 zeigt den in der Fig. 1 mit dem Pfeil II angedeuteten Bereich der Schiene vergrössert. Zwischen dem Deckenprofil 16 und dem Laufflächenprofil 20 ist eine Isolationsplatte 38 aus Kunststoff vorgesehen, um den Schienenträger 10 erfindungsgemäss gegenüber dem Laufflächenprofil 20 thermisch zu isolieren. Ein unnötiges Mitaufheizen des Schienenträgers 10 wird dadurch verhindert. Die Isolationsplatte 38 ist mit dem Deckenprofil 16 bzw. dem Laufflächenprofil 20 verklebt. Selbstverständlich ist es auch möglich, das Laufflächenprofil 20 mit dem Deckenprofil 16, vorzugsweise thermisch isoliert, zu verschrauben und die Isolationsplatte 38 dazwischen einzuklemmen.
In der gegen den Schienenträger 10 hin gerichteten Nut 22 im Laufflächenprofil 20 ist das selbstregelnde, elektrische Heizband 24 angeordnet. Dieses weist zwei parallel zueinander verlaufende Kupferleiter 40 auf, zwischen welchen ein kohlenstoff-dotierter, strahlenvernetzter Kunststoff 42 angeordnet ist. Solche Heizbänder 24 werden von der Firma Raychem Corporation hergestellt und vertrieben. Die Heizleistung dieser Heizbänder regelt sich temperaturabhängig selbst. Bei niedrigen Temperaturen ist die Heizleistung hoch; bei hohen Temperaturen wird sie sehr gering.
Die Nut ist mit einer wärmeleitenden Masse 44, beispielsweise einem Klebstoff ausgegossen, was das Heizband 24 thermisch mit dem Laufflächenprofil 22 wärmeleitend koppelt, das Heizband 24 fixiert und überdies dieses vor jeglicher Beschädigung schützt. Durch die schematisch dargestellten weiteren Leitungen 32 ist das Heizband 24 mit dem Transformator 28 verbunden (vgl. Fig. 1).
Die Heizbänder 24 haben eine Länge, die dem Abstand zwischen jeweils zwei Transformatoren 28 entspricht. Jeder Transformator 28 speist die vier parallel zueinander verlaufenden Heizbänder 24 der Schiene auf der Länge eines solchen Abschnittes. Da die Heizbänder 24 die Wärmeleistung selbst regulieren und die Speisung über die sowieso vorhandenen Stromschienen 26 erfolgt, ist weder eine externe Regelung, Steuerung und Temperaturüberwachung, noch sind spezielle Speiseleitungen notwendig. Es versteht sich von selbst, dass nur in jenen Abschnitten der Schiene Heizbänder 24 vorzusehen sind, für welche die Gefahr von Vereisung oder des Überdeckens mit Schnee besteht.
Es ist auch denkbar, das Laufflächenprofil und den Schienenträger entlang den Rändern des Laufflächenprofiles miteinander zu verschweissen. In diesem Fall wird die Isolation zwischen dem Schienenträger und dem Laufflächenprofil vorteilhafterweise durch ein eher dünnes Isolationsband gebildet.
The present invention relates to a heatable rail, in particular for monorails, with at least one flat tread profile arranged on a rail support.
Rails with tread profiles arranged on rail supports are particularly common with monorails. The problem with such rails set up outdoors is that the snow accumulates on the rails and the water can run off poorly because the tread profiles are usually arranged horizontally. This can freeze the rail. Icy and / or snow-covered rails can hinder or even make it impossible for rail vehicles to travel.
It is known to heat rail sections of railroad tracks in the area of switches in order to prevent snow from accumulating between the stock and tongue rails and thus to ensure the complete changeover of the switches. This heating of the rail sections usually takes place by means of stationary gas burners arranged on the side of the rails. This requires expensive infrastructure and regular maintenance and is associated with large heat losses.
It is therefore an object of the present invention to provide an all-weather rail according to the preamble of claim 1, which can be kept free of snow and ice with little effort.
This object is achieved by the features of the characterizing part of claim 1. Since the upwardly directed, essentially horizontally arranged tread profile is thermally insulated from the rail support, only the tread profile is heated, whereas the rail support remains unheated. There is thus little heat loss. Snow falling on the tread pattern melts and water on the tread pattern cannot freeze. Since the heating element is arranged within the tread pattern, it is protected against mechanical damage and weather conditions. Of course, several heating elements can be provided per tread pattern.
With railroad tracks there is practically no problem of snow accumulating on the rails and of the rails freezing in the area of the treads due to the narrow rail cross sections.
In a preferred embodiment of the invention, the heating element is embedded in a groove in the tread pattern. Such tread patterns are simple and can be produced with little effort.
In a particularly preferred embodiment of the invention, the heating element is thermally coupled to the tread pattern via a heat-conducting mass. The heat is thereby transferred from the heating element to the tread pattern by heat conduction and not by radiation, which is associated with a higher efficiency.
By arranging an insulation plate between the tread profile and the rail support according to the invention, particularly effective thermal insulation is achieved in a simple manner. This insulation plate can be glued to the tread pattern and / or to the rail support.
A particularly simple regulation of the heating power according to a preferred embodiment of the invention can be achieved in that the heating element is an electrical, self-regulating heating tape, such as is manufactured and sold by Raychem Corporation, for example.
In a further preferred embodiment of the rail according to the invention, known rail supports can be used, with no or only slight changes to the chassis of the rail vehicles being necessary due to the attachment of additional tread profiles.
In a particularly preferred and simple embodiment of the invention, the self-regulating heating tapes are connected to busbars feeding the rail vehicles. No control elements such as switches, temperature monitors and regulating devices are necessary, which ensures particularly high reliability with low investment costs.
The invention is described in more detail using an exemplary embodiment shown in the figures. It shows purely schematically:
Fig. 1 shows a cross section through a heated rail and
Fig. 2 in an enlarged view the area of the rail indicated by II in Fig. 1.
Fig. 1 shows a cross section through a rail of a monorail for rail vehicles such as are known for example from DE-OS 3 702 900. The rail support 10 has a box-shaped structure with an essentially rectangular cross section. Two spaced apart and parallel to each other, flat wall profiles 12 are rigidly connected, for example welded, with a likewise flat floor profile 14 and ceiling profile 16. These profiles 12, 14, 16 are advantageously made of steel or aluminum. Stiffening webs 18 are provided in the area of the connection between these profiles 12, 14, 16. The ceiling profile 16 projects over the wall profiles 12 on both sides.
Provided on the ceiling profile 16 in the lateral end areas are parallel, flat, approximately symmetrical to the wall profiles 12 tread profiles 20. According to the invention, these each have two grooves 22 running in the longitudinal direction and laterally spaced from one another, which downward, i.e. against the rail support 10, are open. In accordance with the invention, a self-regulating electrical heating tape 24 is provided in each groove 22, as will be explained in more detail below with reference to FIG. 2. The heating tapes are thus protected in the tread pattern near the tread. This leads to an optimal heating of the tread pattern.
To the side of the wall profile 12 shown on the right in FIG. 1, two busbars 26 running parallel to the rail support 10 are indicated. These busbars 26 feed the rail vehicles via current collectors. At certain intervals along the rail, for example every 60 m, transformers 28 are provided which, as schematically represented by the lines 30, are fed by the busbars 26. On the secondary side, the transformers 28 are connected to the heating tapes 24 via further lines 32, which are only shown schematically.
In the area of the tread profile 20 shown on the left in FIG. 1, a carrier wheel 34 and guide wheels 36 of a chassis of a rail vehicle known from DE-OS 3 702 900 are indicated by dashed lines. Of course, a support wheel 34 also runs on the right tread profile 20; however, this is not shown.
FIG. 2 shows the region of the rail indicated by the arrow II in FIG. 1 enlarged. An insulating plate 38 made of plastic is provided between the ceiling profile 16 and the tread profile 20 in order to thermally insulate the rail support 10 from the tread profile 20 according to the invention. This prevents unnecessary heating of the rail support 10. The insulation plate 38 is glued to the ceiling profile 16 or the tread profile 20. Of course, it is also possible to screw the tread profile 20 to the ceiling profile 16, preferably thermally insulated, and to clamp the insulation plate 38 between them.
The self-regulating, electrical heating tape 24 is arranged in the groove 22 directed against the rail support 10 in the tread profile 20. This has two copper conductors 40 running parallel to one another, between which a carbon-doped, radiation-crosslinked plastic 42 is arranged. Such heating tapes 24 are manufactured and sold by Raychem Corporation. The heating power of these heating tapes regulates itself depending on the temperature. The heating power is high at low temperatures; it becomes very low at high temperatures.
The groove is poured out with a heat-conducting compound 44, for example an adhesive, which thermally couples the heating tape 24 to the tread profile 22, fixes the heating tape 24 and also protects it from any damage. The heating tape 24 is connected to the transformer 28 by the schematically illustrated further lines 32 (cf. FIG. 1).
The heating strips 24 have a length which corresponds to the distance between two transformers 28 in each case. Each transformer 28 feeds the four heating tapes 24 of the rail running parallel to one another along the length of such a section. Since the heating tapes 24 regulate the heat output themselves and the supply takes place via the busbars 26 which are present anyway, no external regulation, control and temperature monitoring is necessary, nor are special supply lines necessary. It goes without saying that heating strips 24 are to be provided only in those sections of the rail for which there is a risk of icing or being covered by snow.
It is also conceivable to weld the tread pattern and the rail support together along the edges of the tread pattern. In this case, the insulation between the rail support and the tread pattern is advantageously formed by a rather thin insulation tape.