DE102011016164A1 - Vorrichtung zur Verhinderung von Funktionsbeeinträchtigungen an mechan., elektr. u. elektron. Bauteilen, die sowohl durch niedrige als auch durch hohe Temperatur und durch hohe Luftfeuchtigkeit entstehen können - Google Patents

Vorrichtung zur Verhinderung von Funktionsbeeinträchtigungen an mechan., elektr. u. elektron. Bauteilen, die sowohl durch niedrige als auch durch hohe Temperatur und durch hohe Luftfeuchtigkeit entstehen können Download PDF

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Udo Schroer
Eberhard Schmidt
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    • E01CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01BPERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B7/00Switches; Crossings
    • E01B7/24Heating of switches

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Abstract

In eine Bodenplatte 1, die in der Regel aus Beton besteht ist ein Wärmetauscher 1 eingegossen (zum Beispiel eine Kapillarrohrmatten-Wärmetauscher). Die Bodenplatte 1 mit dem Wärmetauscher 1 wird unter den zu wärmenden Bereich montiert. Durch den Wärmetauscher 1 wird eine Flüssigkeit 1, in der Regel Wasser, geleitet. Es findet ein Wärmetausch zwischen der kälteren Bodenplatte und der wärmeren Flüssigkeit 1 statt. Die Flüssigkeit 1 wird von einem Wärmetauscher 2 erwärmt, der die Temperatur aus einem geeigneten Medium, zum Beispiel Brunnenwasser, Grundwasser, Erdwärme, Wärmespeicher gegebenenfalls in Verbindung mit einer Solaranlage, auf die Flüssigkeit 1 überträgt. Die Temperatur der Flüssigkeit 1 wird so gesteuert, dass die Oberflächentemperatur der Bodenplatte 1 nicht unter die Mindesttemperatur sinkt, die Schneeablagerungen und Eisbildung im zu wärmenden Bereich (zum Beispiel Weichenbereich) verhindert (in der Regel 3 bis 5 Grad Celsius). Wenn die Temperatur des Mediums nicht ausreicht, die die Mindesttemperatur an der...

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Eine Weichenheizung ist eine Vorrichtung, die bei kalter Witterung bzw. bei Schneelage die Funktion von z. B. Eisenbahnweichen sicherstellen soll. Dabei soll das Zufrieren der Weiche verhindert werden.
  • Der Stand der Technik beruht zur Zeit darauf, daß die Schienen elektrisch erwärmt werden. Eine Neue Entwicklung (2007) ist die geothermische Weichenheizung (Pilotanlage) in Holzminden mit einer Erdwärmebohrung von ca. 100 m Tiefe (aufwendig und teuer). Das zwischen 6 und 12°C warme Wasser wird (bei Bedarf) mittels einer Wärmepumpe auf bis zu 65°C erwärmt. Das ist ebenfalls sehr teuer und aufwendig.
  • Der Wärmeeintrag bei allen bekannten Weichenheizungssystemen erfolgt mittels Wärmetauscher an der Schiene.
  • Die elektrische Beheizung der Schienen ist wenig effizient. Auch bei der geothermischen Methode wird sehr viel Energie benötigt (Wärme-Tauscher Medium bis zu 65°C). Bekanntlich leitet Metall die Wärme schnell ab. Der Schnee zwischen Weichenherz und Weichenzunge bleibt bei allen bekannten Weichenheizungen liegen, wird zusammengeschoben und zu Eis: Die Weichenzunge schließt nicht dicht an das Weichenherz an!
  • Wesentlicher Nachteil aller bekannten Weichen-Heizungen: Es wird die Schiene beheizt!
  • Beschreibung
  • Die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 beschreibt das System einer Heizung für zum Beispiel Bahnschienenweichen, mit dem Funktionsbeeinträchtigungen verhindert werden, die durch Schnee und/oder Eis/Frost entstehen können. Die Beschreibung in Anspruch 1 bezieht sich auf Außentemperaturen von unter 5 Grad Celsius.
  • Anspruch 2 bezieht sich darauf, dass die Vorrichtung sowohl zum Wärmen als auch zum Kühlen und zur Luftentfeuchtung verwendet werden kann. In dieser Form verhindert die Vorrichtung Funktionsbeeinträchtigungen an mechanischen, elektrischen und elektronischen Bauteilen (zum Beispiel in Schaltschränken, die im Freien stehen), die sowohl durch niedrige als auch durch hohe Temperaturen und durch hohe Luftfeuchtigkeit entstehen können.
  • Aufgabe der Erfindung
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine effektive und kostengünstige Vorrichtung zum einwandfreien Betrieb von Weichen bei kalter Witterung zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Im Gegensatz zu allen bekannten Weichenheizungen bei denen die Schienen beheizt werden, wird hier lediglich der Raum zwischen Weichenherz und der beweglichen Weichenzunge mittels Wärmetauscher beheizt. Beheizt wird somit ausschließlich die Zone in der sich Schneeablagerungen bilden können. Diese Schneeablagerungen können durch der Weiche zu Eis verdichtet an der Schiene festfrieren und Funktionalität der Weiche einschränken.
  • Die zur Beheizung notwendige Energie kann aus dem Stromnetz oder aus einer Wärmepumpe entnommen werden.
  • Um umweltfreundlich und kostensparend die zum einwandfreien Betrieb der Weiche erforderliche Wärme im Winter bereitstellen zu können, kann in unmittelbarer Nähe der Weiche eine Bohrung („Energie-Brunnen”) von 2 m bis 10 m Tiefe vorgenommen werden, in dem ein Wärmetauscher integriert wird und aus der Tiefe aus:
    • – dem Grundwasser (und/oder)
    • – dem Erdreich (und/oder)
    • – einem „Speichermodul” (z. B. aus Beton oder Granit)
    eventuell, korrespondierend mit solarthermischer Anlage oder elektrischer Zusatzheizung die Wärme entnimmt.
  • Lösung der Aufgabe
  • Da lediglich der relativ kleine Bereich zwischen Weichenherz und der beweglichen Weichenzunge frostfrei gehalten werden muß, wird ausschließlich diese Zone oberflächennah mit Wärmetauschern (vorzugsweise in Betonplatten integrierte Kapillarrohrmatten) versehen.
  • Um eine Schneebildung zu verhindern, muß der o. g. Bereich auf der Oberfläche eine Temperatur von mindestens 3°C besitzen. Die dazu erforderliche Wärme kann – in Abhängigkeit von Topografie und Klimaverhältnissen – im Wesentlichen aus
    • – dem Grundwasser (und/oder)
    • – dem Erdreich (und/oder)
    • – einem „Speichermodul”
    entnommen werden.
  • Für extreme Winterverhältnisse reicht diese „Grundversorgung an Wärme” jedoch nicht aus. Für diesen Extremfall muß für einen kurzen Zeitraum, zusätzlich Wärme aus einem „elektrischen und/oder solaren- bzw. sonstigen Wärmetauscher zur Wärmequelle hinzugefügt werden. Die dazu erforderliche Energie wird aus dem Stromnetz entnommen.
  • Vorteile der Erfindung
  • Da mit sehr niedrigen Temperaturen (3°C) Schneefreiheit erreicht wird, kann die dafür notwendige Energie (je nach Standort) fast ausschließlich aus dem „Energie-Brunnen” gewonnen werden. Nur für extreme Winterverhältnisse muß (solar oder sonstig) zugeheizt werden. Damit läßt sich gegenüber allen vorhandenen Weichenheizungen eine große Menge Energie (und somit Betriebskosten) einsparen. Die Investitionskosten werden geringer sein als bei allen anderen bekannten Systemen.
    (Übliche Weichenheizungen arbeiten mit Temperaturen von ca. 60°C.)

Claims (2)

  1. In eine Bodenplatte 1, die in der Regel aus Beton besteht ist ein Wärmetauscher 1 eingegossen (zum Beispiel eine Kapillarrohrmatten-Wärmetauscher). Die Bodenplatte 1 mit dem Wärmetauscher 1 wird unter den zu wärmenden Bereich montiert. Durch den Wärmetauscher 1 wird eine Flüssigkeit 1, in der Regel Wasser, geleitet. Es findet ein Wärmetausch zwischen der kälteren Bodenplatte und der wärmeren Flüssigkeit 1 statt. Die Flüssigkeit 1 wird von einem Wärmetauscher 2 erwärmt, der die Temperatur aus einem geeigneten Medium, zum Beispiel Brunnenwasser, Grundwasser, Erdwärme, Wärmespeicher gegebenenfalls in Verbindung mit einer Solaranlage, auf die Flüssigkeit 1 überträgt. Die Temperatur der Flüssigkeit 1 wird so gesteuert, dass die Oberflächentemperatur der Bodenplatte 1 nicht unter die Mindesttemperatur sinkt, die Schneeablagerungen und Eisbildung im zu wärmenden Bereich (zum Beispiel Weichenbereich) verhindert (in der Regel 3 bis 5 Grad Celsius). Wenn die Temperatur des Mediums nicht ausreicht, die die Mindesttemperatur an der Oberfläche der Bodenplatte 1 benötigt, wird die zusätzlich gebrauchte Wärme durch ein zusätzliches Heizsystem (zum Beispiel Tauchsieder, Wärmepumpe oder Solarsysteme) der Flüssigkeit zugeführt. Die Steuerung, die das ganze Wärmesystem führt, wird von einer für diesen Zweck eigens entwickelten Software geführt.
  2. Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, wobei der Wärmetauscher 1 nicht zwingend in eine Bodenplatte eingegossen ist, sondern auch in die zu schützenden Bereiche (zum Beispiel Schaltschränke, die im Freien stehen) integriert wird. Die Funktion der Vorrichtung ist umkehrbar. Zusätzlich zu den Merkmalen des Anspruchs 1 überträgt die Flüssigkeit 1 über den Wärmetauscher 1 nicht nur eine höhere, sondern auch eine niedrigere Temperatur als die Außentemperatur. Im Wärmetauscher 2 wird die Flüssigkeit 1 – die sich im Wärmetauscher 1 durch den Wärmetausch erwärmt – wieder gekühlt. Eine zusätzlich notwendige Kühlung bei extrem hohen Außentemperaturen geschieht analog zur zusätzlichen Wärmeerzeugung gemäß Anspruch 1. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 2 regelt die Temperatur im Bereich des Wärmetauschers 1 so, dass sie stets über einer Mindest- und unter einer Höchsttemperatur liegt. Zur Luftentfeuchtung wird im Bereich des Wärmetauschers 1 ein Kanal 1 (zum Beispiel aus Kapillarrohren) angebracht, der an den Kreislauf der Flüssigkeit 1 angeschlossen ist. Wärmere feuchte Luft kühlt im Kanal 1 ab und sinkt nach unten. Die Temperatur im Kanal 1 wird durch die Steuerung so geregelt, dass die durchströmende Luft kondensiert. Das kondensierte Wasser fällt nach unten und wird durch einen Abflusskanal geleitet. Die entfeuchtete Luft wird dem zu schützenden Bereich entweder zwangsweise durch Ventilation oder durch thermische Strömung zugeführt.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102013016232A1 (de) 2013-10-01 2015-04-02 Ean Elektroschaltanlagen Gmbh Temperiereinheit für Fahrwegelemente und System zum Temperieren von Fahrwegelementen
CH713557A1 (de) * 2017-03-10 2018-09-14 Kibag Bauleistungen Ag Mobile Weichenheizung.

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013016232A1 (de) 2013-10-01 2015-04-02 Ean Elektroschaltanlagen Gmbh Temperiereinheit für Fahrwegelemente und System zum Temperieren von Fahrwegelementen
WO2015048939A1 (de) 2013-10-01 2015-04-09 Ean Elektroschaltanlagen Gmbh Heiz- oder kühlvorrichtung für ein schienenprofil, betrieben mittels einer wärmepumpe
CH713557A1 (de) * 2017-03-10 2018-09-14 Kibag Bauleistungen Ag Mobile Weichenheizung.

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Date Code Title Description
R001 Refusal decision in preliminary proceedings
R003 Refusal decision now final

Effective date: 20130117