DE102013016232A1

DE102013016232A1 - Temperiereinheit für Fahrwegelemente und System zum Temperieren von Fahrwegelementen

Info

Publication number: DE102013016232A1
Application number: DE102013016232.7A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Reinker
Original assignee: EAN ELEKTROSCHALTANLAGEN GmbH
Current assignee: EAN ELEKTROSCHALTANLAGEN GmbH
Priority date: 2013-10-01
Filing date: 2013-10-01
Publication date: 2015-04-02
Also published as: EP3052702A1; WO2015048939A1; EP3052702B1

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt eine Temperiereinheit für Fahrwegelemente bereit, umfassend – einen ersten einstückigen Wärmeüberträger aus einem wärmeleitfähigen Material, in dem ein durchgehender Hohlraum zur Aufnahme eines Temperiermediums ausgebildet ist und der an beiden Endes des Hohlraums jeweils eine stirnseitige Öffnung aufweist, – einen zweiten einstückigen Wärmeüberträger aus einem wärmeleitfähigen Material, in dem ein durchgehender Hohlraum zur Aufnahme eines Temperiermediums ausgebildet ist und der an beiden Endes des Hohlraums jeweils eine stirnseitige Öffnung aufweist, und – zumindest eine Befestigungsvorrichtung zum Befestigen des ersten Wärmeüberträgers und/oder des zweiten Wärmeüberträgers an dem Fahrwegelement, wobei der erste Wärmeüberträger und der zweite Wärmeüberträger in zwei benachbarten Abschnitten des Fahrwegelements anordenbar sind, so dass der erste Wärmeüberträger über seine Länge zumindest teilweise oberhalb des zweiten Wärmeüberträgers angeordnet ist, wobei der erste Wärmeüberträger und der zweite Wärmeüberträger mit bis zu 20 mm voneinander beabstandet sind. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein System zum Temperieren von Fahrwegelementen, umfassend – zumindest eine erfindungsgemäße Temperiereinheit, – zumindest eine Temperiervorrichtung zum Temperieren des Temperiermediums und – ein Leitungssystem zur Zuführen des Temperiermediums von der Temperiervorrichtung zu der Temperiereinheit und zum Abführen des Temperiermediums aus der Temperiereinheit in die Temperiervorrichtung.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Temperiereinheit für Fahrwegelemente und ein System zum Temperieren von Fahrwegelementen.
Fahrwegelemente von Eisenbahnen, beispielsweise Weichen, werden bereits seit längerer Zeit beheizt, um vor allem im Winter ein Einfrieren der beweglichen Teile bzw. deren Blockieren durch eingedrungenen Schnee und Eis zu verhindern und damit die Betriebssicherheit zu gewährleisten. Solche klassischen Weichenheizungen beruhen auf Systemen mit Heißwasserdampf, Gasbeheizung oder elektrischer Energie. Die Wirtschaftlichkeit solcher Weichenheizungen wird dabei maßgeblich durch die Anschaffungs-, Instandhaltungs- und Energiekosten bestimmt.
In jüngerer Zeit wird versucht, die Energiekosten durch den Einsatz von geothermischen Wärmequellen zu senken. Bislang werden dazu Erdwärmesonden mit Wärmerohren erprobt, wobei es verschiedene Verfahren gibt, die Erdwärme für den jeweiligen Anwendungsfall verfügbar zu machen. Gattungsgemäße Temperiereinheiten sind folglich aus dem Stand der Technik prinzipiell bekannt.
DE 1 277 290 A1 beschreibt Schienen-Heizkörper mit Rohrleitungen, die mit einem Strömungsmittel durchflossen werden. Die Rohrleitungen werden mit Federn an den Schienen festgeklemmt.
DE 20 2005 021 255 U1 offenbart eine Heizvorrichtung mit einem an der Schienenseite befestigbaren, stirnseitig geschlossenen Abdeckkasten, der sich im Wesentlichen zwischen Schienenkopf und Schienenfuß erstreckt und in dem Heizelemente angeordnet sind, die mit einer außerhalb des Abdeckkastens vorgesehen Heizvorrichtung in Verbindung stehen. Die Heizelemente sind im Abdeckkasten durch zumindest zwei, ein flüssiges Heizmedium, vorzugsweise Wasser, führende Kanäle gebildet, die in einem dem Schienenprofil angepassten Körper aus gut leitendem Material eingebettet sind. Der Abdeckkasten ist gegen den Schienenkopf wärmeisoliert und abgedichtet sowie an seiner Innenseite mit einem Wärmeisoliermaterial versehen.
FR 224 053 A1 beschreibt ein beheiztes Rohr zur Erwärmung des Steges einer Schiene, das durch eine extern erwärmte Flüssigkeit beaufschlagt wird.
Nach EP 02 447 693 A3 werden die festen Schienen einer Weiche durch Heizkörper in Form eines flachen Rohres am Schienenkopf erwärmt. Die Schienenfüße der Weiche werden von unten mittels eines speziellen metallischen Trägers mit kammartig ausgebildeten Heizkörpern über geheizte Flüssigkeiten erwärmt.
Eine Lösung mit einem Wärmesystem zur Beheizung von Eisenbahnweichen wird in EP 2 260 149 B1 dargestellt. Dabei steht eine mit Flüssigkeit durchströmte Heizleitung über ein metallisches Formstück in wärmeleitendem Kontakt mit einem Schienenteil und ist mit einem Leitungsnetz verbunden. Diese Wärme, die durch einen Wärmetauscher in einem separaten Kreislauf geführt und auf 40°C bis 80°C erwärmt wird, wird dann der Weiche zugeführt. Als Wärmequelle für den Primärkreislauf bis zur Wärmepumpe kann Erdwärme Verwendung finden. An der Backenschiene und der Zungenschiene der Weiche wird ein metallisches Formstück mit einer Aufnahme für die Heizungsleitungen angeordnet. Beim Durchströmen der Flüssigkeit erfolgt die Wärmeübertragung von der Flüssigkeit über die Heizungsleitung und das Formstück zur Schiene.
In WO 2013/037 635 A1 sind für eine Weiche ein oder mehrere Wärmetauscher vorgesehen, wobei ein Wärmetauscher jeweils mit einer Backenschiene und/oder einer Zungenschiene und/oder einem Gleitstuhl mittels Befestigungselementen lösbar verbunden ist. Dabei sind die Wärmetauscher für Backenschiene und Zungenschiene am Schienensteg zwischen Schienenkopf und Schienenfuß lösbar angeordnet. Ein Wärmetauscher besteht aus einem Aluminiumprofil mit je einer Rohrleitung für Vor- und Rücklauf eines Wärmemediums, einem Isolierelement, einem Dichtgummi und einem Abdeckblech, die miteinander verklebt sind. Alternativ ist das Abdeckblech über eine Nut und eine Klemmkante einklemmbar. Ein Befestigungselement ist dazu vorgesehen, einen Schienenfuß zu umgreifen und dadurch den Wärmetauscher lösbar mit dem Schienensteg zu verbinden. Ferner ist eine Zusatzheizung vorgesehen, bestehend aus Rohrleitung und Wärmetauscher, die zwischen zwei Gleitstühlen zwischen Backenschiene und Zungenschiene angeordnet ist.
Aus EP 1 262 597 B1 ist ein Erdwärmesystem und ein Verfahren für eine Weichenbeheizung bekannt, bei dem eine Wärmeleitungseinrichtung an einem Schienenelement einen Kanal bzw. ein Formelement umfasst, dessen Wand in wärmeleitendem Kontakt mit einem Schienenteil steht und mit einem Leitungssystem verbunden ist. Dieses erstreckt sich in eine vorbestimmte Tiefe im Untergrund, um von dort einer zirkulierenden Flüssigkeit Wärme zu entziehen. Das Leitungssystem ist mit einer Wärmpumpe und einem Wärmetauscher ausgestattet. Bei einer Ausführungsform handelt es sich um Formelemente aus Blech. Ein Formelement weist zwei Wärmekanäle auf, die im Bereich des Schienenkopfs und im Bereich des Schienenfußes liegen. Der Abstand zwischen beiden Formteilen wird entweder darüber eingehalten, dass sie direkt in diesen Bereich an der Schiene befestigt sind, beispielsweise eingeklebt oder angeschweißt, oder über einen Abstandhalter miteinander fest verbunden sind.
Die Übertragung der Wärmeleistung in DE 10 2009 025 107 A1 erfolgt über ein mit dem Weichenteil wärmeleitend verbundenes Formelement, wobei das Formelement aus einem Teil in verschiedenen Ausführung für Backenschiene und Zungenschiene ausgeführt ist und über Schrauben direkt oder über Spannklemmen indirekt mit der Schiene verbunden wird.
Bei der in DE 203 21 755 U1 beschriebenen Technik werden Weichen mittels Wärmerohren direkt beheizt, indem diese Wärmerohre mit einem Arbeitsmedium gefüllt sind, dessen Phasenwechsel flüssig/gasförmig bei der Temperatur der Erdwärmequelle am jeweiligen Ort liegt.
EP 1 262 597 A2 offenbart eine Übertragung der Wärmeleistung über ein mit den Weichenteilen wärmeleitend verbundenes Formelement. Dabei besteht das Formelement aus einem Teil und ist in verschiedenen Formen für Backenschienen und Zungenschienen ausgeführt. An der Backenschiene ist es über Schrauben am Schienensteg und an der Zungenschiene über Spannklemmen mit der Schiene verbunden.
DE 10 2011 016 164 A1 offenbart einen Wärmetauscher, der aus einer unter der Weiche angeordneten Bodenplatte aus Beton mit darin eingegossenen Kapillarrohrmatten besteht.
Die technischen Lösungen aus dem Stand der Technik haben zunächst den Nachteil von mehrfachen Wärmeübergängen zwischen verschiedenen Bauteilen und/oder Materialien. Damit ergeben sich mehrere Wärmeübergangswiderstände, beispielsweise von der Flüssigkeit über die Heizleitung und das Formstück zur Schiene, und damit erhebliche Wärmeverluste. Durch die Wärmeverluste ist eine hohe Vorlauftemperatur des Heizmediums erforderlich, wodurch diese Lösungen in der Regel nicht wirtschaftlich betrieben werden können.
Nachteilig ist ebenfalls das große mechanische Widerstandsmoment, das die Heizelemente oder Wärmeüberträger nach dem Stand der Technik auf die Schienen und Weichen ausüben. Daraus resultiert eine deutliche Steifigkeit der Zungenschiene durch das jeweilige (metallische) Formstück. Die gesteigerte Steifigkeit wirkt an der Zungenschiene beim Stellen der Weiche nachteilig und erhöht die notwendige Stellkraft. An der Backenschiene können bei Zugfahrt und damit verbundener Durchbiegung der Schienen die Wärmetauscher aufgrund der hohen Steifigkeit dauerhaft deformiert werden, wodurch eine zusätzliche Störquelle entsteht.
Nachteilig ist ferner im Stand der Technik bei der direkten Verbindung von Formelementen mit der Schiene der hohe Aufwand bei der Montage, Wartung und Instandsetzung des Gesamtsystems. Eine Befestigung der Formelemente über eine Schraubverbindung im Schienensteg, bei der eine Bohrung in der Schiene erforderlich ist und damit die mechanische Festigkeit der Schiene geschwächt wird, ist heute bei vielen Bahnverwaltungen nicht gestattet. Insbesondere im Falle von Hochgeschwindigkeitsstrecken ist ein Einbringen von Bohrungen in die Schienen explizit untersagt.
Zudem sind viele Ausführungsformen des Standes der Technik aufgrund eines mangelnden Wärmekontakts, beispielsweise durch nicht beherrschbare Toleranzen an den Berührungsflächen zwischen Formelement und Schiene oder bei Belastung der Schienen durch Biegung, nachteilig. Die Lösung über an den Schienen angebrachte Rohrleitungen hat eine geringe Kontaktfläche zur Schiene und damit einen großen Wärmeübergangswiderstand zur Folge.
Von Nachteil sind ferner Anordnungen der Formelemente auf der Innenseite der Backenschiene, also auf der Seite, die der jeweiligen Zungenschiene zugewandt ist. Dies ist problematisch, da der Zwischenraum zwischen Weichenzunge und der Backenschiene vor allem im Bereich der Weichenspitze sehr gering ist. Die Montage und Befestigung der Blechformteile in diesem Bereich ist unrealistisch.
Von Nachteil bei der Ausführung mit einer Direktverdampfungssonde und einem Direktkondensator an der Weiche ist die geringe Übertemperatur des Heizmediums von ca. +8°C, der hohe Betriebsdruck des Kältemittels und ein erforderliches gleichmäßiges Gefälle des gesamten Leitungssystems an der Weiche bis zu einem Verdampferrohr.
Von Nachteil sind außerdem Anordnungen von Betonplatten mit integrierten Wärmetauschern unter der Weiche, da beim Errichten bzw. Instandsetzen der Weichenheizung die Demontage und Montage der Weiche ganz oder teilweise erforderlich und mit hohen Kosten verbunden ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, eine Temperiereinheit für Fahrwegelemente sowie ein System zum Temperieren von Fahrwegelementen zu schaffen, welche die vorstehend genannten Nachteile überwinden. Es ist insbesondere ein Ziel, eine flexibel und weitgehend universell einsetzbare Temperiereinheit sowie ein System mit hoher Wirtschaftlichkeit über die gesamte Nutzungsdauer bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird in einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung durch eine Temperiereinheit (1) für Fahrwegelemente (3) gelöst, umfassend

– einen ersten einstückigen Wärmeüberträger (5) aus einem wärmeleitfähigen Material, in dem ein durchgehender Hohlraum (7) zur Aufnahme eines Temperiermediums ausgebildet ist und der an beiden Endes des Hohlraums (7) jeweils eine stirnseitige Öffnung aufweist,
– einen zweiten einstückigen Wärmeüberträger (11) aus einem wärmeleitfähigen Material, in dem ein durchgehender Hohlraum (13) zur Aufnahme eines Temperiermediums ausgebildet ist und der an beiden Endes des Hohlraums (7) jeweils eine stirnseitige Öffnung aufweist, und
– zumindest eine Befestigungsvorrichtung (15) zum Befestigen des ersten Wärmeüberträgers (5) und/oder des zweiten Wärmeüberträgers (11) an dem Fahrwegelement (3), wobei der erste Wärmeüberträger (5) und der zweite Wärmeüberträger (11) in zwei benachbarten Abschnitten des Fahrwegelements (2) anordenbar sind, so dass der erste Wärmeüberträger (5) über seine Länge zumindest teilweise oberhalb des zweiten Wärmeüberträgers (11) angeordnet ist, wobei der erste Wärmeüberträger (5) und der zweite Wärmeüberträger (11) mit bis zu 20 mm voneinander beabstandet sind.

In einem zweiten Aspekt wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch ein System (101) zum Temperieren von Fahrwegelementen (3) gelöst, umfassend:

– zumindest eine erfindungsgemäße Temperiereinheit (1), wie sie vorstehend beschrieben ist,
– zumindest eine Temperiervorrichtung zum Temperieren des Temperiermediums und
– ein Leitungssystem zur Zuführen des Temperiermediums von der Temperiervorrichtung zu der Temperiereinheit (1) und zum Abführen des Temperiermediums aus der Temperiereinheit (1) in die Temperiervorrichtung.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung detailliert beschrieben.
Die Erfindung betrifft zunächst eine Temperiereinheit (1) für Fahrwegelemente (3). Diese umfasst einen ersten einstückigen Wärmeüberträger (5) aus einem wärmeleitfähigen Material, in dem ein durchgehender Hohlraum (7) zur Aufnahme eines Temperiermediums ausgebildet ist und der an beiden Endes des Hohlraums (7) jeweils eine stirnseitige Öffnung aufweist, und einen zweiten einstückigen Wärmeüberträger (11) aus einem wärmeleitfähigen Material, in dem ein durchgehender Hohlraum (13) zur Aufnahme eines Temperiermediums ausgebildet ist und der an beiden Endes des Hohlraums (7) jeweils eine stirnseitige Öffnung aufweist. Die Temperiereinheit (1) umfasst ferner zumindest eine Befestigungsvorrichtung (15) zum Befestigen des ersten Wärmeüberträgers (5) und/oder des zweiten Wärmeüberträgers (11) an dem Fahrwegelement (3).
Der erste Wärmeüberträger (5) und der zweite Wärmeüberträger (11) sind in zwei benachbarten Abschnitten des Fahrwegelements (3) anordenbar, so dass der erste Wärmeüberträger (5) über seine Länge zumindest teilweise oberhalb des zweiten Wärmeüberträgers (11) angeordnet ist, wobei der erste Wärmeüberträger (5) und der zweite Wärmeüberträger (11) mit bis zu 20 mm voneinander beabstandet sind.
Die Temperiereinheit (1) zeigt durch die Ausführung der Wärmeüberträger (5, 11) als einstückige, wärmeleitfähige Elemente sehr geringe Wärmeübertragungsverluste zwischen dem Temperiermedium und dem Fahrwegelement (3). Dadurch, dass die Temperiereinheit (1) zwei Wärmeüberträger (5, 11) umfasst, die im Wesentlichen benachbart zueinander anordenbar sind, bleiben die geringen Wärmeübertragungsverluste durch optimale Kontaktfläche beider Wärmeüberträger (5, 11) zum Fahrwegelement (3) auch bei großen Fertigungstoleranzen des Fahrwegelements (3) und bei möglicher Verformung des Fahrwegelements (3) erhalten. Die Wärmeüberträger (5, 11) können unabhängig voneinander mögliche Toleranzen ausgleichen, indem sie durch die Befestigungsvorrichtung (15) bestmöglich an das Fahrwegelements (3) gedrückt werden. Da sie nicht fest miteinander verbunden sind, zeigen sie zudem eine gewisse Flexibilität und können so mit Verformungen des Fahrwegelements (3) mitgehen, ohne dieses wesentlich auszusteifen. Sind die Wärmeüberträger (5, 11) beabstandet voneinander angeordnet, können sie relativ frei der Verformung des Fahrwegelements (3) folgen. Sind die Wärmeüberträger (5, 11) mit Kontakt zueinander angeordnet, können sie bei einer Verformung des Fahrwegelements (3) aneinander gleiten und so ebenfalls der Verformung folgen.
Ein weiterer Vorteil besteht in der einfachen und leichten Montage, bzw. Demontage, der Temperiereinheit (1) an dem Fahrwegelement (3). Für die Anbringung kann weitgehend auf Befestigungselemente von herkömmlichen elektrischen Weichenheizungen zurückgegriffen werden. Dies macht sich ferner durch eine hohe Wirtschaftlichkeit bei den Anschaffungs-, Instandhaltungs- und Energiekosten bemerkbar.
Unter ”Fahrwegelementen” werden im Sinne der vorliegenden Erfindung Einrichtungen, insbesondere bewegliche Einrichtungen, verstanden, die im Schienenverkehr zur gezielten Abwicklung des Verkehrs unterschiedliche und vorgebbare Zustände einnehmen können. Zu den Fahrwegelementen werden Weichen, Gleissperren, Signale, spezielle Gleisabschnitte oder Bahnübergangsanlagen gezählt.
Der Begriff ”Wärmeüberträger” bezeichnet gemäß der vorliegenden Erfindung einen dreidimensionalen Körper aus einem wärmeleitfähigen Material, der einstückig ausgebildet ist. Vorzugsweise ist das wärmeleitfähige Material Aluminium oder eine Aluminium-Legierung. Zur Formgebung des Wärmeüberträgers eignet sich insbesondere ein Strangpressverfahren.
Unter ”durchgehender Hohlraum” wird ein im Wesentlichen geradliniger, sich über die Länge des Wärmeüberträgers (5, 11) erstreckender Hohlraum verstanden, der bevorzugt rund oder oval ausgebildet ist. Der durchgehende Hohlraum (7, 13) bildet auf diese Weise eine Leitung für das Temperiermedium.
Das Temperiermedium ist ein flüssiges oder gasförmiges Medium mit einem hohen Wärmekoeffizienten. Vorzugsweise ist das Temperiermedium flüssig, insbesondere ein Wasser/Frostschutzmittel-Gemisch, ein Wärmeträgeröl oder ein Kältemittel.
Stirnseitig weisen die Wärmeüberträger (5, 11) an den Enden der Hohlräume (7, 15) Öffnungen auf, über welche die Hohlräume (7, 15) mit dem Temperiermedium versorgt werden. in einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei den stirnseitigen Öffnungen einfach um die im Wesentlichen runden Enden der Hohlräume (7, 15). Die stirnseitigen Öffnungen sind dazu ausgelegt, dass ein Anschluss für das Temperiermedium angebracht wird.
Die Befestigungsvorrichtung (15) dient dazu, die Wärmeüberträger (5, 11) an das jeweilige Fahrwegelement anzulegen, vorzugsweise mit einer formschlüssigen Verbindung. Es verfügt über eine Basis aus einem Klemmbügel (33) und einem Klemmkopf (35), die mittels eines Befestigungsmittels (39) fest, aber lösbar mit dem Fahrwegelement (3) verbunden ist, und über ein Andruckelement (37) zum Anlegen der Wärmeüberträger (5, 11) an das Fahrwegelement (3). Es ist aus praktischer Sicht wichtig, dass die Befestigungsvorrichtung (15) kraftschlüssig mit dem Fahrwegelement (3) verbunden ist, da sonst die Befestigungsvorrichtung (15) und mit ihr das Temperierelement (1) durch mechanische Belastungen wie Vibrationen verschoben werden könnten.
Die Formulierungen ”in zwei benachbarten Abschnitten” und ”zumindest teilweise oberhalb” in Bezug auf die Position der Wärmeüberträger (5, 11) zu dem Fahrwegelement (3) sind so auszulegen, dass die Wärmeüberträger (5, 11) vollständig vertikal übereinander oder mit seitlichen Versatz diagonal übereinander angeordnet sind und dabei einen gewissen Abstand voneinander haben können. Dabei liegen sie an zwei benachbarten Abschnitten des Fahrwegelements (3) an.
Am Beispiel einer Backenschiene (203, 205) einer Weiche (201) als Teil des Fahrwegelements (3) dargelegt, liegt der erste Wärmeüberträger (5) am Schienenkopf (301) und am oberen Teil des Schienenstegs (303) an, der zweite Wärmeüberträger (11) liegt am Schienenfuß (305) und am unteren Teil des Schienenstegs (303) an. Zwischen den Wärmeüberträgern (5, 11) ist ein Abstand von bis zu 20 mm vorgesehen, vorzugsweise bis zu 10 mm, insbesondere bevorzugt ca. 5 mm. Je nach Beschaffenheit des Fahrwegelements (3) kann der Abstand über die Länge der Wärmeüberträger (5, 11) variieren. Der erste Wärmeüberträger (5) liegt somit vollständig oberhalb des zweiten Wärmeüberträgers (11).
Für den Fall einer Zungenschiene (207, 209) einer Weiche (201) als Teil des Fahrwegelements (3) dargelegt, liegt der erste Wärmeüberträger (5) am Schienensteg (310) und einem Teil der Rundung im Übergang zum Schienenfuß (309) an, der zweite Wärmeüberträger (11) schließt sich in dieser Rundung an den ersten Wärmeüberträger (5) an und liegt am Schienenfuß (309) an. Zwischen den Wärmeüberträgern (5, 11) ist im Wesentlichen kein Abstand vorgesehen, wobei je nach mechanischer Belastung des Fahrwegelements (3) die Wärmeüberträger (5, 11) nicht über ihre gesamte Länge spaltfrei aneinander liegen müssen. Der erste Wärmeüberträger (5) liegt somit diagonal oberhalb des zweiten Wärmeüberträgers (11).
Weitere Ausführungsformen werden nachstehend näher erläutert.
Die Wärmeübertragungsverluste zwischen den Wärmeüberträgern (5, 11) und dem Fahrwegelement (3) können ferner durch den Betrieb der Temperiereinheit (1) verbessert werden. Wie vorstehend geschildert, unterliegen die Fahrwegelemente (3) im Betrieb einer gewissen Verformung, d. h. im Falle einer Schiene wird diese bei Zugverkehr durchgebogen. Da die erfindungsgemäße Temperiereinheit (1) das Fahrwegelement (3) nicht aussteift, sondern in gewissem Maße mitgeht, können Wärmeüberträger (5, 11) und Fahrwegelement (3) aneinander gleiten und dadurch Material, das die Wärmeübertragung behindert, entfernen. In einem konkreten Ausführungsbeispiel können Bereiche der Schienenstege (303, 310) durch geringe Bewegungen der Wärmeüberträger (5, 11) von anhaftendem Rost blankgescheuert werden, so dass die Wärmeübertragung verbessert wird.
Zudem hat/haben in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der erste Wärmeüberträger (5) und/oder der zweite Wärmeüberträger (11) auf der dem Fahrwegelement (3) zugewandten Seite ein Profil, das zu dem Außenprofil des Fahrwegelements (3) zumindest teilweise komplementär ist, so dass zwischen dem Fahrwegelement (3) und dem ersten Wärmeüberträger (5) und/oder dem zweiten Wärmeüberträger (11) im Wesentlichen ein Formschluss besteht.
Das Fahrwegelement (3) weist in der Regel ein genormtes Profil auf, das sich u. a. an internationalen Normen orientiert. Beispiele für Schienenprofile, welche das Fahrwegelement (3) aufweisen kann, sind S 30, S 33, S 41/10, S 41/14, S 49, S 54, S 64, UIC 54E, UIC 54, UIC 60, R 50, R 65 und 140-RE. Diese Beispiele werden nachstehen teilweise weiter erläutert.
Das Außenprofil der Wärmeüberträger (5, 11) orientiert sich an diesen Profilen des Fahrwegelements (3), so dass zu jedem Normprofil ein, zumindest teilweise, komplementäres Profil der Wärmeüberträger (5, 11) vorgehalten werden kann. Da Fahrwegelemente (3) bei der Herstellung und durch den Betrieb einer gewissen Variation unterliegen, kann kein Wärmeüberträger (5, 11) vollständig komplementär ausgebildet werden, d. h. kann keine vollständige Negativform des Profils des Fahrwegelements (3) sein. In anderen Worten liegen die Wärmeüberträger (5, 11) ”im Wesentlichen formschlüssig” an dem Fahrwegelement (3) an.
Die Wärmeübertragungsverluste zwischen den Wärmeüberträgern (5, 11) und dem Fahrwegelement (3) können durch das Einbringen eines Wärmeleitmaterials zwischen die Wärmeüberträger (5, 11) und das Fahrwegelement (3) weiter verringert werden. Insbesondere kann eine handelsübliche wetterbeständige Wärmeleitpaste oder Wärmeleitfolie eingebracht werden.
In einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Temperiereinheit (1) weist/weisen der erste Wärmeüberträger (5) und/oder der zweite Wärmeüberträger (11) auf der dem Fahrwegelement (3) abgewandten Seite Auflageflächen (19) für zumindest einen Teil der Befestigungsvorrichtung (15) auf. Durch das Vorsehen von Auflageflächen (19) wird einerseits die Montage der Wärmeüberträger (5, 11) erleichtert, andererseits können die Wärmeüberträger (5, 11) am Fahrwegelement (3) genauer justiert und eine optimale Kontaktfläche am Schienenprofil erreicht werden.
Es ist bevorzugt, wenn die Auflageflächen (19) des ersten Wärmeüberträgers (5) als Abschrägungen (19a) an seiner Unterseite (21) und die Auflageflächen (19) des zweiten Wärmeüberträgers (11) als Abschrägungen (19b) an seiner Oberseite (23) ausgebildet sind, die gegenüber der Vertikalen jeweils einen Winkel von 10° bis 80° einnehmen. Insbesondere beträgt der Winkel zwischen 30° und 60°, besonders bevorzugt 45°.
Die Abschrägungen (19a, 19b) an der Unterseite (21) bzw. der Oberseite (23) der Wärmeüberträger (5, 11) liegen auf der dem Fahrwegelement (3) abgewandten Seite und damit gegenüber dem Außenprofil der Wärmeüberträger (5, 11), das an dem Fahrwegelement (3) anliegt, und bilden eine keilförmige Vertiefung. Durch die Abschrägung gegenüber der Vertikalen von 10° bis 80°, insbesondere 30° bis 60°, besonders bevorzugt 45° wird sichergestellt, dass die durch die Befestigungsvorrichtung (15) aufgebrachte Kraft optimal zum formschlüssigen Anlegen des Wärmeüberträgers (5, 11) an das Fahrwegelement (3) ausgenutzt wird.
Bei der erfindungsgemäßen Temperiereinheit (1) kann die Befestigungsvorrichtung (15) ein Federelement (25) aufweisen, das so ausgebildet ist, dass es eine Federkraft in Richtung des Fahrwegelements (3) auf den ersten Wärmeüberträger (5) und/oder den zweiten Wärmeüberträger (11) ausübt. Bevorzugt ist an dem Federelement (25) ein Andruckelement (37) vorgesehen, das in die Auflageflächen (19) des ersten Wärmeüberträgers (5) und/oder des zweiten Wärmeüberträgers (11) eingreift und damit die Federkraft überträgt.
Das Federelement (25) stellt einen optimalen Anpressdruck der Wärmeüberträger (5, 11) an das Fahrwegelement (3) sicher. Bei Vorhandensein des Andruckelements (37) steht dieses vorzugsweise in gleitendem Kontakt mit den Wärmeüberträgern (5, 11), bzw. deren Abschrägungen (19a, 19b), und hält so den Anpressdruck auch dann aufrecht, wenn die Wärmeüberträger (5, 11) aufgrund der mechanischen Belastung des Fahrwegelement (3) selbst mechanisch belastet werden und sich in gewissen Grenzen bewegen.
Vorzugsweise hat die Temperiereinheit (1) eine Länge von 0,1 m bis 10 m, insbesondere von 0,5 m bis 6,0 m. Die Länge der Temperiereinheit (1), d. h. die Länge der Wärmeüberträger (5, 11), orientiert sich an herkömmlichen elektrischen Heizelementen aus dem Stand der Technik. Somit ist bei bestehenden Anlagen von Fahrwegelementen (3) eine einfache Projektierung über bereits vorhandene Bestückungslisten für elektrische Heizelemente der Fahrwegelemente (3) möglich.
Die Temperiereinheit (1), bzw. die Wärmeüberträger (5, 11), sind in einer Weiterbildung der Erfindung modular ausgeführt. D. h., insbesondere die Wärmeüberträger (5, 11) werden vorkonfektioniert in unterschiedlichen, häufig benötigten Längen hergestellt. Hierdurch ist eine effektivere industrielle Herstellung der Einzelteile möglich.
Abhängig von der Art des Fahrwegelements (3), möglichen Sonderbauarten oder dem vorhandenen Platz können die vorkonfektionierten Einzelteile, insbesondere die Wärmeüberträger (5, 11), vor Ort anhand des konkreten Fahrwegelements (3) individuell angepasst, vor allem gekürzt oder ausgeschnitten, werden, beispielsweise bei an dem Fahrwegelement (3) vorhandenen Laschen, Schrauben o. ä.. Hier wäre eine feste Anschlusseinrichtung an den Enden der Wärmeüberträger (5, 11) nicht zweckmäßig, da diese beim vorstehend genannten Kürzen oder Ausschneiden wegfallen würde. Erfindungsgemäß werden daher Anschlüsse bevorzugt, die mit den einfachen stirnseitigen Öffnungen verbunden werden können.
Um die Temperierwirkung der erfindungsgemäßen Temperiereinheit (1) weiter zu verbessern, umfasst diese ferner zumindest ein Dämmelement. Das Dämmelement ist insbesondere ein zweiteiliges Dämmelement, bei dem das erste Dämmelement die dem Fahrwegelement (3) abgewandten Flächen sowie die Auflageflächen (19) der Wärmeüberträger (5, 11) überdeckt und das zweite Dämmelement einen unteren Bereich des Fahrwegelements (3) und eine senkrechte Außenfläche des ersten Dämmelements überdeckt.
Ein Dämmelement, wie es gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann, ist in DE 10 2011 1900 079 A1 beschrieben. Obwohl Dämmelemente aus dem Stand der Technik prinzipiell bekannt sind, ermöglicht das Dämmelement nach der vorliegenden Erfindung zumindest eine teilweise Wiederverwendung vorhandener Dämmelemente beim Umrüsten von elektrischen Heizsystemen auf die erfindungsgemäße Temperiereinheit (1).
Bevorzugt ist das Dämmelement aus einem wärmedämmenden Material, insbesondere aus Polypropylen gebildet. Es können auch andere Materialien, mit denen eine hohe Stabilität und gute Wärmedämmung erreicht wird, verwendet werden.
Insbesondere kann ein erstes Dämmelement dazu dienen, die Wärmeüberträger (5, 11) vorläufig am Fahrwegelement (3) zu fixieren, bevor eine endgültige Montage durch die Befestigungsvorrichtung (15) erfolgt. Das zweite Dämmelement dient vor allem dazu, zwischen den einzelnen Befestigungsvorrichtungen (15) entlang des Fahrwegelements (3) die Dämmung insgesamt zu verbessern.
Das erste Dämmelement und das zweite Dämmelement sind dabei so geformt, dass sie zueinander parallel liegend an einem Fahrwegelement (3) montiert werden können, so dass im montierten Zustand das zweite Dämmelement einen seitlichen unteren Endbereich des Fahrwegelements (3) formschlüssig umfasst und sich in Längsrichtung entlang des Fahrwegelements (3) erstreckt. Dabei ist das erste Dämmelement in dem Bereich des Abstands zwischen dem zweiten Dämmelement und dem Fahrwegelement (3) angeordnet und wird mittels des zweiten Dämmelements an dem Fahrwegelement (3) gehalten. Die Dämmelemente bestehen vorzugesweise aus einem stabilen und wärmedämmenden Material. Durch das zweite Dämmelement wird unter anderem eine einfache Montage sowohl der Wärmeüberträger (5, 11) wie auch des ersten Dämmelements ermöglicht.
Die vorliegende Erfindung betrifft in einem weiteren Aspekt ein System (101) zum Temperieren von Fahrwegelementen (3). Dieses System (101) umfasst zumindest eine erfindungsgemäße Temperiereinheit (1), wie sie vorstehend beschrieben wurde, zumindest eine Temperiervorrichtung zum Temperieren des Temperiermediums und ein Leitungssystem zur Zuführen des Temperiermediums von der Temperiervorrichtung zu der Temperiereinheit (1) und zum Abführen des Temperiermediums aus der Temperiereinheit (1) in die Temperiervorrichtung.
Das System (101) zeigt im Wesentlichen die gleichen Vorteile wie die darin umfasste Temperiereinheit (1). Insbesondere werden durch das System (101) zunächst sehr geringe Wärmeübertragungsverluste zwischen dem Temperiermedium und dem Fahrwegelement (3) erreicht, die auch bei großen Fertigungstoleranzen des Fahrwegelements (3) und bei möglicher Verformung des Fahrwegelements (3) und über die gesamte Nutzungsdauer erhalten bleiben.
Das System (101) zeigt als Ganzes eine größtmögliche Flexibilität gegenüber mechanischen Verformungen beim Betrieb des Fahrwegelements (3). Wie vorstehend beschrieben, können sich die Wärmeüberträger (5, 11) selbst in gewissen Grenzen verformen und führen so nicht zu einer Aussteifung des Fahrwegelements (3).
Ein weiterer Vorteil besteht, wie bei der Temperiereinheit (1), in der einfachen und leichten Montage, bzw. Demontage, des Systems (101). Neben den vorstehend beschriebenen Wärmeüberträgern (5, 11) sind auch alle Einzelteile des Leitungssystem zwar vorkonfektioniert, können aber vor Ort den Gegebenheiten angepasst werden. Aufgrund der Modularität des Systems (101) und der untereinander abgestimmten Komponenten wird nur eine geringe Anzahl an Werkzeugen benötigt.
Eine erfindungsgemäße Temperiervorrichtung ist dazu ausgelegt, das Temperiermedium zu erwärmen oder zu kühlen, wobei die hierzu notwendige Energie aus unterschiedlichen Quellen stammen kann. Soll das System (101) beispielsweise zum Beheizen eines Fahrwegelements (3) eingesetzt werden, wird das Temperiermedium auf eine vorgegebene Vorlauftemperatur erwärmt, beispielsweise auf 40°C. Alternativ kann die Temperatur des Temperiermediums relativ zur Umgebungstemperatur geregelt werden, beispielsweise auf 10°C über der Umgebungstemperatur, mindestens jedoch auf +8°C.
Eine weitere Alternative ist im Falle einer geothermischen Heizvorrichtung als erfindungsgemäße Temperiervorrichtung deren künstliche und/oder die zusätzliche Speicherung von Energie in der geothermischen Heizvorrichtung. Dazu wird die Energierichtung des Systems umgekehrt, d. h. erwärmtes Temperiermedium erwärmt unter Umgehung der Wärmepumpe die Sole in der geothermischen Heizvorrichtung, wobei die Erwärmung durch die Temperiervorrichtung und/oder durch andere Einrichtungen, zum Beispiel solar, erfolgt.
Die Wärmeüberträger (5, 11) des Systems (101) werden untereinander und mit der Temperiervorrichtung über das Leitungssystem verbunden. Bei der Auslegung der Wärmeüberträger (5, 11) wurde darauf geachtet, für eine Verringerung der Wärmeübertragungsverluste möglichst wenige Wärmeübergänge zu schaffen. So ist die Leitung durch die Wärmeüberträger (5, 11) als durchgehender Hohlraum, insbesondere rund, ausgestaltet. Da die Wärmeüberträger (5, 11) ferner individuell kürzbar ausgestaltet sind, verfügen Sie an den Stirnseiten nicht über Anschlusseinrichtungen für Leitungen, wie Flansche, Gewinde etc.. Es wird daher ein Leitungssystem vorgesehen, bei dem die einzelnen Zu- und Ableitungen (31a, 31b) für das Temperiermedium mit Kupplungen versehen sind, welche einfach mit den stirnseitigen Öffnungen der Wärmeüberträger (5, 11) mit diesen verbunden werden können und so die Hohlräume (7, 15) anschließen. Mit dieser Maßnahme wird die Montage des Systems (101) weiter erleichtert.
Das Leitungssystem ist insbesondere aus Edelstahlwellrohren gebildet und umfasst ferner einen Steckanschluss mit oder ohne Entlüfter. Das Leitungssystem kann ferner ein Anschlussprofil, beispielsweise aus Aluminium, aufweisen. Zweckmäßigerweise ist das Leitungssystem wärmeisoliert.
Die Verbindung zwischen den Wärmeüberträgern (5, 11) und dem Leitungssystem kann über Klemmkupplungen mit Rohrstutzen erfolgen. Zudem kann die Entlüftung an jedem Wärmeübertrager (5, 11) über einen Steckanschluss mit oder ohne Entlüfter erfolgen. Die Wärmeüberträger (5, 11) können untereinander ebenfalls über Klemmkupplungen mit angepressten Edelstahlwellrohr miteinander verbunden werden.
Am Ende eines oder einer Reihe von Temperierelementen (1) zur Führung und Leitung des Temperiermediums kann eine Umlenkung und am anderen Ende des einen oder einer Reihe von Temperierelementen (1) kann eine Anschlussgruppe angeordnet sein. Alle Anschlüsse sind lösbar ausgeführt, so dass eine einfache Instandhaltung möglich ist.
Alternativ kann nach dem Ablängen der Wärmeüberträger (5, 11) vor Ort beispielsweise ein Gewinde in die stirnseitigen Öffnungen geschnitten werden, so dass die Wärmeüberträger (5, 11) mittels Gewindemuffen und Schraubanschluss verbunden werden können.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Fahrwegelement (3) eine Fahrwegweiche (201). Zu den Fahrwegweichen (201) werden im Sinne der vorliegenden Erfindung einfache Weichen, Rückfallweichen, Kreuzungsweichen und doppelte Kreuzungsweichen gezählt.
Die vorstehend genannten Vorteile des Systems (101) kommen besonders bei Fahrwegweichen (201) zur Geltung, da ein Einfrieren der beweglichen Teile oder deren Blockieren durch eingedrungenen Schnee und Eis effektiv verhindert wird.
Um eine möglichst große Wirtschaftlichkeit zu erreichen und die benötigte Energie soweit es geht regenerativ und damit ökologisch verträglich zu erzeugen, ist es vorteilhaft, wenn die Temperiervorrichtung eine geothermische Heizvorrichtung ist.
Die Auswahl der geothermischen Heizvorrichtung richtet sich nach den jeweiligen örtlichen Gegebenheiten. Eine bevorzugte Variante ist die Verwendung einer U-Rohr-Sonde mit Wärmepumpe. Mit dieser Variante wird die Erdwärme mit einer U-Rohr-Sole-Erdwärmesonde mit Hilfe einer Zirkulationspumpe nach oben transportiert. Der Sole wird von einer Wärmepumpe die Wärme entzogen. Mit der Wärmepumpe wird die Energie mit niedriger Temperatur auf ein höheres Temperaturniveau gebracht und in den Heizkreislauf übergeben, der ebenfalls mit einer weiteren Zirkulationspumpe die Energie über die Temperiereinheiten (1) an die Fahrwegelemente (3) transportiert und diese dort erwärmt.
Eine weitere bevorzugte Variante ist der Einsatz von Direktverdampfersonden. Diese Variante nutzt die Latentwärme eines Kältemittels durch seinen Phasenwechsel aus. Die geothermische Heizvorrichtung besteht im Wesentlichen aus einem geschlossen Rohrsystem mit Kältemittel, welches durch die Erdwärme verdampft. Die Bohrung der Erdwärmesonde wird als geschlossenes Rohr eingebracht. Dieses Rohr wird über Leitungen mit einem Verdichter und Expansionsventil mit den Temperiereeinheiten (1) der Fahrwegelemente (3) verbunden.
Die vorstehend bereits genannte Druckschrift In WO 2013/037 635 A1 beschreibt unter anderem auch eine Heizung für Gleitstühle und Verschlussfächer. Nachteilig an dieser technischen Lösung ist, dass sie an der Weichenspitze, vor allem im Bereich des Verschlussfachs, aufgrund des geringen Abstandes zwischen Backenschiene und Zungenschiene technisch nicht realisierbar ist. Ferner ist als Heizung für den Gleitstuhl ein zwischen einer Gleitstuhlplatte und einer Grundplatte angeordnetes Heizelement vorgesehen. Nachteilig hieran ist, dass für diese technische Lösung spezielle Gleitstühle erforderlich sind. Damit müssen zur Umsetzung der in WO 2013/037635 A1 vorgestellten technischen Lösung alle Gleitstühle einer Weiche ausgetauscht werden, was mit großem Aufwand und hohen Kosten verbunden ist. Ein einfaches Nachrüsten ist nicht möglich.
Um diese Nachteile zu überwinden, kann das erfindungsgemäße System (101) ferner zumindest eine Temperiereinrichtung (103) umfassen, welche einen flächigen Wärmeleitkörper (105) mit zumindest einer wärmeleitend daran angebrachten Leitung (107) umfasst, wobei der flächige Wärmeleitkörper (105) eine Aussparung (109) und parallel dazu zwei Abkantungen (111a, 111b) aufweist. Dabei kann die Leitung (107) sowohl auf dem flächigen Wärmeleitkörper (105) als auch unter diesem angebracht sein.
Die flächige Temperiereinrichtung (103) ist insbesondere eine Gleitstuhlheizung, wie sie nachstehend näher definiert wird.
Das erfindungsgemäße System (101) kann zu den vorstehend genannten Elementen ferner eine flächige Temperiereinrichtung (113) aufweisen, welche einen Wärmeleitkörper (115) mit zumindest einer wärmeleitend daran angebrachten Leitung (111) umfasst. Dabei kann die Leitung (111) sowohl auf dem Wärmeleitkörper (115) als auch unter diesem angebracht sein.
Die flächige Temperiereinrichtung (113) ist insbesondere eine Verschlussfachheizung, wie sie nachstehend näher definiert wird.
Durch das Vorsehen der Temperiereinrichtung (103) und/oder der flächigen Temperiereinrichtung (113) werden die vorstehend im Zusammenhang mit dem Fahrwegelement (3) genannten Vorteile auf das gesamte System (101) ausgedehnt. Insbesondere wird ein integriertes System geschaffen, mit dem alle kritischen Bereiche eines Fahrwegelement (3) temperiert werden können.
In einer Weiterbildung des Systems (101) sind eine oder mehrere Temperiereinheiten (1) über ein Durchflussregelventil und ein Absperrventil an das Leitungssystem angeschlossen.
Ferner können ein oder mehrere Temperiereinheiten (1) über ein Druckwächter und/oder ein Durchflusswächter zur Überwachung der Temperiereinrichtung (113) an das Leitungssystem angeschlossen sein
Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von die Erfindung nicht einschränkenden Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Fahrwegweiche 201 nach dem Stand der Technik,
2a einen schematischen Querschnitt einer Backenschiene 203, 205 im Bereich, in dem die Zungenschiene 207, 209 anliegt,
2b einen schematischen Querschnitt einer Zungenschiene 207, 209 im Bereich ihrer Spitze,
3 eine schematische Darstellung von Wärmeüberträgern 5, 11 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
4 eine schematische Darstellung von Wärmeüberträgern 5, 11 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
5 eine schematische Darstellung einer Befestigungsvorrichtung 15 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
6 eine schematische Darstellung des Systems 101 mit der Anordnung von Wärmeüberträgern 5, 11 mittels einer Befestigungsvorrichtung 15 an einer Schiene und
7 eine schematische Darstellung einer Temperiereinrichtung 103 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Nachfolgend wird die erfindungsgemäße Temperiereinheit 1 in der Ausführungsform einer Weichenheizung beschrieben. Neben dem Beheizen von Fahrwegelementen 3, wie Weichen oder Kreuzungen, kann die vorliegende Erfindung auch auf das Kühlen dieser Fahrwegelemente 3 angewandt werden, beispielsweise um bei hohen Umgebungstemperaturen ein Verziehen oder Verwerfen der Fahrwegelemente 3, insbesondere von Schienen, zu verhindern. Außerdem kann bei warmen Umgebungstemperaturen Energie in einer geothermischen Heizvorrichtung gespeichert werden und damit deren Kapazität erhöht bzw. nach einer Heizperiode schnell wieder regeneriert werden.
Im Bereich der Deutschen Bahn AG werden heute im Wesentlichen drei Profiltypen verwendet. Mit 49 kg/m ist das S 49-Profil das leichteste und war das Regelprofil der Deutschen Reichsbahn und ihrer Nachfolger von 1922 bis 1963. Es ist heute noch auf vielen Strecken vorhanden, wird aber nur noch für weniger belastete Gleise eingebaut. Das Standardprofil S 54 mit 54 kg/m findet man auf Hauptstrecken und auf Bahnhofsgleisen. Es war ab 1963 das Regelprofil der Deutschen Bundesbahn. Das UIC 60-Profil wiegt 60 kg/m und wird seit 1970 in der Regel für hochbelastete Strecken verwendet, u. a. für hohe Geschwindigkeiten. Das von der UIC genormte Profil UIC 54 ist dem deutschen Profil S 54 vergleichbar und wird vor allem im europäischen Ausland eingesetzt.
Im Netz der Deutschen Reichsbahn der DDR wurde für hohe Lasten das aus der UdSSR importierte Profil R 65 mit 65 kg/m eingebaut. Das dem deutschen S 49 vergleichbare Profil R 50 wurde dagegen vor allem in Straßenbahnnetzen eingesetzt. In den USA wird das 140-RE-Profil (70 kg/m) für stark belastete Strecken verwendet.
Für Weichen wird möglichst dasselbe Schienenprofil wie für die anschließenden Gleise verwendet, bei unterschiedlicher Belastung beider Stränge das des höher belasteten. Die Weichenzungen bei Weichen deutscher Bauart werden aus besonderen, asymmetrischen und in der Höhe verringerten Zungenschienenprofilen hergestellt.
In 1 wird zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung schematisch der Aufbau einer Fahrwegweiche 201 erläutert. Die Fahrwegweiche 201 umfasst eine gerade Backenschiene 203 für den geradeaus fahrenden Verkehr und eine gebogene Backenschiene 205 für den abbiegend fahrenden Verkehr. Der geraden Backenschiene 203 ist eine gebogene Zungenschiene 207 und der gebogenen Backenschiene 205 ist eine gerade Zungenschiene 209 zugeordnet. Die Zungenschienen 207, 209 können auf Gleitstuhlplatten 211 verschoben werden, wobei die Gleitstuhlplatten 211 fest mit den Weichenschwellen 213 verbunden sind. In der jeweiligen Ruheposition werden die Zungenschienen 207, 209 an ihrer Spitze mittels eines Verschlusses 215 arretiert, der in einem (hier nicht explizit dargestellten) Verschlussfach untergebracht ist.
Schematische Darstellungen der Backenschiene 203, 205 und der Zungenschiene 207, 209 werden in den 2a und 2b gegeben. Die Backenschiene 203, 205 kann dabei in Schienenkopf 301, Schienensteg 303 und Schienenfuß 305 eingeteilt werden. An der der die Zungenschiene 207, 209 zugewandten Seite ist am Schienenkopf 301 eine Flanke 301a ausgebildet. Im Bereich ihrer Spitze weist die Zungenschiene 207, 209 einen Kopfbereich 307, einen Stegbereich 310 und einen Fußbereich 309 auf.
Der Querschnitt insbesondere der Zungenschienen 207, 209 ist über deren Länge unterschiedlich. Im Bereich des Verschlusses 215 weisen die Zungenschienen 207, 209 im Wesentlichen nur einen Schienenfuß 309, einen in der Höhe reduzierten Schienensteg 310 und einen geschwächten Schienenkopf 307 auf, damit der Lauf eines Spurkranzrades von den Backenschienen 203, 205 auf die Zungenschienen 207, 209 kontinuierlich durchgeführt werden kann. Mit zunehmender Länge (von deren Spitzen aus betrachtet) bilden die Zungenschienen 207, 209 dann einen vollen Schienensteg 310 und auch einen vollen Schienenkopf 310 aus, um schließlich in den Querschnitt einer normalen, vollständigen Schiene überzugehen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Weichenheizungssystem 101 zur Erwärmung von Weichen 201 im Winter mittels flüssigem Temperiermedium vorgestellt. Dabei ist ein Wärmeüberträgen 5, 11 jeweils mit einer Backenschiene 203, 205 und/oder einer Zungenschiene 207, 209 über eine federnd bewegliche Befestigungsvorrichtung 15 mit der Backenschiene 203, 205 bzw. der Zungenschiene 207, 209 formschlüssig verbunden.
Die Wärmeüberträger 5, 11 bestehen vorzugsweise aus Aluminiumprofilen mit einem runden Innendurchmesser für Vor- und Rücklauf des Temperiermediums und einem an der der Schiene zugewandten Seiten entsprechend dem Schienenprofil und an der der Schiene abgewandten Seiten mit Auflageflächen 19 für die Befestigungsvorrichtung 15 zum Andrücken an die Schienen.
Wie in 6 dargestellt wird, kann der Wärmeüberträger 5 an einer Backenschiene 203, 205 zwischen Schienenkopf 301 und oberem Teil des Schienensteges 303 und der Wärmeüberträger 11 zwischen Schienenfuß 305 und unteren Teil des Schienensteges 303 angelegt werden. Zum Anlegen bzw. Andrücken dient eine in 5 schematisch dargestellte Befestigungsvorrichtung 15, die ihrerseits an der Schiene, spezieller am Schienenfuß 305, kraftschlüssig befestigt ist.
Zur Befestigung sind insbesondere Auflageflächen 19 mit einem Winkel von ca. 45° gegenüber der Vertikalen zwischen den Wärmeüberträgern 5, 11 und der Befestigungsvorrichtung 15 vorgesehen, durch welche die Wärmeüberträger 5, 11 in die Rundungen zwischen Schienensteg 303 und Schienenkopf 301 bzw. Schienenfuß 305 gedrückt werden. Dadurch weisen sie einen von der Toleranz der Schiene unabhängigen gleichmäßigen Flächenkontakt auch während des Fahrverkehrs und den damit verbundenen Durchbiegungen der Schienen auf.
4 stellt schematisch die erfindungsgemäße Ausführungsform für eine Zungenschiene 207, 209 dar. Der Wärmeüberträger 5 an einer Zungenschiene 207, 209 kann an der senkrechten Fläche am Zungenschienensteg 310 und der Wärmeüberträger 11 kann an der waagerechten Fläche am Zungenschienenfuß 309 mit gegenseitigen Berührungsflächen im Winkel von ca. 45° gegenüber der Vertikalen über eine federnd ausgeführte Befestigungsvorrichtung 15 angebracht werden, so dass im Winkel von ca. 45° beide Wärmeüberträger 5, 11 in die Rundung zwischen Zungenschienenfuß 309 und Zungenschienensteg 310 gedrückt werden. Sie werden untereinander über Abkantungen an einem mit der Befestigungsvorrichtung 15 verbundenen Andruckelement 37 zusammengehalten. Sie weisen dadurch einen von der Toleranz der Zungenschienenkontur unabhängigen gleichmäßigen Flächenkontakt auf.
Die Befestigung der Wärmeüberträger 5, 11 an einem Fahrwegelement 3 erfolgt formschlüssig über eine Befestigungsvorrichtung 15, bestehend aus Klemmbügel 33, Klemmkopf 35, Spannschraube 39 und Federelement 25 am Schienenfuß 305, wie in 5 schematisch dargestellt wird. An der Befestigungsvorrichtung 15 für die Backenschiene 203, 205 ist in Höhe der waagerechten Symmetrieachse des Schienenstegs 303 ein Federelement 25 mit einem Andruckelement 37 angeordnet. Nach der Montage des ersten Dämmelements durchdringt das Andruckelement 37 das erste Dämmelement und drückt auf die Auflageflächen 19 der Wärmeüberträger 5, 11. Das Andruckelement 37 hat bevorzugt eine U-förmige Kontur mit schrägen Außenflächen, vorzugsweise ca. 45° gegen die Vertikale und damit winkelkonform zur Auflagefläche 19 der Wärmeüberträger 5, 11 um über die Auflageflächen 19 der Wärmeüberträger 5, 11 keilförmig auf die Wärmeüberträger 5, 11 zu wirken, so dass diese mit optimaler Kontaktfläche an dem Fahrwegelement 3 anliegen. In einer speziellen Ausführungsform ist das Andruckelement 37 als metallische Krampe ausgebildet. Diese Krampe wird bei der Montage, vorzugsweise von Hand, durch das erste Dämmelement geschlagen, bis seine schrägen Außenflächen in die Abschrägungen 19a, 19b der Wärmeüberträger 5, 11 eingreifen. Anschließend wird das Federelement 25 an die Rückseite der Krampe angelegt und durch das Festziehen der Befestigungsvorrichtung 15 mit einer Federspannung beaufschlagt. Die Anordnung der Befestigungsvorrichtung 15 an einer Backenschiene 203, 205 wird in 6 schematisch dargestellt. 6 zeigt mit Ausnahme der Dämmelemente und des Leitungssystems das System 101.
Zum Anbringen des zweiten Dämmelements und zu dessen Fixieren an der Schiene ist eine Befestigungsklemme vorgesehen. Diese ist vorzugsweise so ausgestaltet und an das Außenprofil des zweiten Dämmelements angepasst, dass sie in einem vorgespannten Zustand an das zweite Dämmelement anbringbar ist. Aufgrund der Vorspannung der Befestigungsklemme kann das zweite Dämmelement beim Anbringen an die Schiene mittels eines Einschnappens der Befestigungsklemme am Schienenfuß 305 an der Schiene fixiert werden.
Bevorzugt hat das zweite Dämmelement an seiner Unterseite eine Länge, die einem Abstand zwischen zwei Schwellen 213 entspricht. Weiter bevorzugt weist das erfindungsgemäße Dämmungelement 27 mehrere erste Dämmelemente auf, die im montierten Zustand über die gesamte temperierte Schienenlänge aneinandergereiht angeordnet sind.
Wie vorstehend bereits ausgeführt, überwindet die vorliegende Erfindung spezielle Nachteile des in WO 2013/037 635 A1 beschriebenen Standes der Technik. Demgegenüber erfolgt die Beheizung der Gleitstühle gemäß der vorliegenden Erfindung über waagerecht angeordnete Temperiereinrichtungen 103, vorzugsweise aus einem gut wärmeleitfähigen Blech gefertigt, die im Bereich der höher liegenden Gleitfläche für die Zungenschiene 207, 209 über eine Aussparung 109 verfügt. Das heißt, die Temperiereinrichtung 103 ist in der Größe des Gleitstuhls freigeschnitten und weist folglich eine U-Form auf. Damit kann die erfindungsgemäße Temperiereinrichtung 103 bei bestehenden Gleitstühlen nachträglich eingebaut werden, ohne dass Änderungen daran notwendig sind. Die Temperiereinrichtung 103 weist parallel zu der Aussparung, d. h. parallel zur Ausrichtung der Schwellen 213, Abkantungen 111a, 111b auf, die mit einem Winkel von 30° bis 60°, insbesondere 45°, gegenüber der Horizontalen nach unten weisen. Damit wird die Temperiereinrichtung 103 in drei Bereiche aufgeteilt. An den Abkantungen 111a, 111b ist wärmeleitend eine Leitung 107 für den Vor- und Rücklauf des Temperiermediums angebracht. Durch den Wärmeübergang von dem Temperiermedium über die Leitung 107 und die Temperiereinrichtung 103 kann der damit thermisch in Kontakt stehende Gleitstuhl 211 temperiert werden. Dabei kann die Leitung 107 auf oder unter dem flächigen Wärmeleitkörper 105 angebracht sein.
Die Beheizung der Verschlussfächer erfolgt erfindungsgemäß über eine flächige Temperiereinrichtung 113, die vorzugsweise aus einem gut wärmeleitfähigen Blech gefertigt ist. Der Wärmeleitkörper 115 der flächigen Temperiereinrichtung 113 ist nicht abgekantet, sondern im Wesentlichen flach, so dass er in waagerechter Anordnung liegend auf den Schotterbett unter das Verschlussfach geschoben werden kann. Auch die Temperiereinrichtung 113 weist wärmeleitend am Wärmeleitkörper 115 angebrachte Leitungen 117 für den Vor- und Rücklauf des Temperiermediums auf. Dabei kann die Leitung 117 auf oder unter dem Wärmeleitkörper 115 angebracht sein.
Bezugszeichenliste

1: Temperiereinheit
3: Fahrwegelement
5: erster Wärmeüberträger
7: durchgehender Hohlraum im ersten Wärmeüberträger
11: zweiter Wärmeüberträger
13: durchgehender Hohlraum im zweiten Wärmeüberträger
15: Befestigungsvorrichtung
19: Auflagefläche
19a: Abschrägung
19b: Abschrägung
21: Unterseite des ersten Wärmeüberträgers
23: Oberseite des zweiten Wärmeüberträgers
25: Federelement
33: Klemmbügel
35: Klemmkopf
37: Andruckelement
39: Befestigungsmittel
101: System
103: Temperiereinrichtung
105: flächiger Wärmeleitkörper
107: Leitung
109: Aussparung
111a: Abkantung
111b: Abkantung
113: flächige Temperiereinrichtung
115: Wärmeleitkörper
117: Leitung
201: Fahrwegweiche
203: Backenschiene
205: Backenschiene
207: Zungenschiene
209: Zungenschiene
211: Gleitstuhlplatte
213: Weichenschwelle
215: Verschluss
301: Schienenkopf einer Backenschiene
301a: Flanke am Schienenkopf einer Backenschiene
303: Schienensteg einer Backenschiene
305: Schienenfuß einer Backenschiene
307: Schienenkopf einer Zungenschiene
309: Schienenfuß einer Zungenschiene
310: Schienensteg einer Zungenschiene

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 1277290 A1 [0004]
DE 202005021255 U1 [0005]
FR 224053 A1 [0006]
EP 02447693 A3 [0007]
EP 2260149 B1 [0008]
WO 2013/037635 A1 [0009, 0074, 0074, 0106]
EP 1262597 B1 [0010]
DE 102009025107 A1 [0011]
DE 20321755 U1 [0012]
EP 1262597 A2 [0013]
DE 102011016164 A1 [0014]
DE 1020111900079 A1 [0054]

Claims

Temperiereinheit (1) für Fahrwegelemente (3), umfassend – einen ersten einstückigen Wärmeüberträger (5) aus einem wärmeleitfähigen Material, in dem ein durchgehender Hohlraum (7) zur Aufnahme eines Temperiermediums ausgebildet ist und der an beiden Endes des Hohlraums (7) jeweils eine stirnseitige Öffnung aufweist, – einen zweiten einstückigen Wärmeüberträger (11) aus einem wärmeleitfähigen Material, in dem ein durchgehender Hohlraum (13) zur Aufnahme eines Temperiermediums ausgebildet ist und der an beiden Endes des Hohlraums (7) jeweils eine stirnseitige Öffnung aufweist, und – zumindest eine Befestigungsvorrichtung (15) zum Befestigen des ersten Wärmeüberträgers (5) und/oder des zweiten Wärmeüberträgers (11) an dem Fahrwegelement (3), wobei der erste Wärmeüberträger (5) und der zweite Wärmeüberträger (11) in zwei benachbarten Abschnitten des Fahrwegelements (3) anordenbar sind, so dass der erste Wärmeüberträger (5) über seine Länge zumindest teilweise oberhalb des zweiten Wärmeüberträgers (11) angeordnet ist, wobei der erste Wärmeüberträger (5) und der zweite Wärmeüberträger (11) mit bis zu 20 mm voneinander beabstandet sind.
Temperiereinheit (1) nach Anspruch 1, wobei der erste Wärmeüberträger (5) und/oder der zweite Wärmeüberträger (11) auf der dem Fahrwegelement (3) zugewandten Seite ein Profil hat/haben, das zu dem Außenprofil des Fahrwegelements (3) zumindest teilweise komplementär ist, so dass zwischen dem Fahrwegelement (3) und dem ersten Wärmeüberträger (5) und/oder dem zweiten Wärmeüberträger (11) im Wesentlichen ein Formschluss besteht.
Temperiereinheit (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Wärmeüberträger (5) und/oder der zweite Wärmeüberträger (11) auf der dem Fahrwegelement (3) abgewandten Seite Auflageflächen (19) für zumindest einen Teil der Befestigungsvorrichtung (15) aufweist/aufweisen.
Temperiereinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Befestigungsvorrichtung (15) ein Federelement (25) aufweist, das so ausgebildet ist, dass es eine Federkraft in Richtung des Fahrwegelements (3) auf den ersten Wärmeüberträger (5) und/oder den zweiten Wärmeüberträger (11) ausübt.
Temperiereinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Temperiereinheit (1) eine Länge von 0,1 m bis 10 m, insbesondere von 0,5 m bis 6,0 m hat.
Temperiereinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Temperiereinheit (1) ferner zumindest ein Dämmelement aufweist.
Temperiereinheit (1) nach Anspruch 6, wobei das Dämmelement ein zweiteiliges Dämmelement ist, wobei das erste Dämmelement die dem Fahrwegelement (3) abgewandten Flächen sowie die Auflageflächen (19) der Wärmeüberträger (5, 11) überdeckt und das zweite Dämmelement einen unteren Bereich des Fahrwegelements (3) und eine senkrechte Außenfläche des ersten Dämmelements überdeckt.
System (101) zum Temperieren von Fahrwegelementen (3), umfassend – zumindest eine Temperiereinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, – zumindest eine Temperiervorrichtung zum Temperieren des Temperiermediums und – ein Leitungssystem zur Zuführen des Temperiermediums von der Temperiervorrichtung zu der Temperiereinheit (1) und zum Abführen des Temperiermediums aus der Temperiereinheit (1) in die Temperiervorrichtung.
System (101) nach Anspruch 8, wobei die Temperiervorrichtung eine geothermische Heizvorrichtung ist
System (101) nach Anspruch 8 oder 9, ferner umfassend zumindest eine Temperiereinrichtung (103), welche einen flächigen Wärmeleitkörper (105) mit zumindest einer wärmeleitend daran angebrachten Leitung (107) umfasst, wobei der flächige Wärmeleitkörper (105) eine Aussparung (109) und parallel dazu zwei Abkantungen (111a, 111b) aufweist.
System (101) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, ferner umfassend zumindest eine flächige Temperiereinrichtung (113), welche einen Wärmeleitkörper (115) mit zumindest einer wärmeleitend daran angebrachten Leitung (111) umfasst.
System (101) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei eine oder mehrere Temperiereinheiten (1) über ein Durchflussregelventil und ein Absperrventil an das Leitungssystem angeschlossen sind
System (101) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei ein oder mehrere Temperiereinheiten (1) über ein Druckwächter und/oder ein Durchflusswächter zur Überwachung der Temperiereinrichtung (113) an das Leitungssystem angeschlossen sind.