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Die Erfindung betrifft eine Enteisungsvorrichtung für ein Fahrzeug.
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Fahrzeuge, beispielsweise Schienenfahrzeuge, können während des Fahrbetriebs im Winter durch Schnee und Eis belastet sein. Es kann sich eine, insbesondere unterhalb des Fahrzeuges, dicke Schicht an Schnee und Eis am Fahrzeug anlagern. Ist diese am Fahrzeug, beispielsweise an der Fahrzeugunterseite, festgefroren, ist sie nur schwer wieder vom Fahrzeug zu entfernen. Mit ursächlich für das Festfrieren des Eises können auch bauliche Ausformungen des Fahrzeugunterbodens und die dort montierten Komponenten sein.
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Teile des Eises können sich während der Fahrt vom Fahrzeug lösen und insbesondere bei geschotterten Fahrbahnen zu Schotterflug mit Beschädigung der Unterseite des Fahrzeugs führen. Bevor die beschädigten Fahrzeuge Werkstätten zugeführt werden können, ist es notwendig, zuvor diese Eis- und Schneeschicht zu entfernen. Um Schäden vor vorneherein zu vermeiden kann ebenfalls eine Enteisung vorgesehen sein.
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Eine Enteisung kann manuell oder maschinell unterstützt durchgeführt werden. Manuell wird das Eis vom Fahrzeug beispielsweise mit Spaten entfernt.
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Darüber hinaus existieren sogenannte Abtauzelte, in welchen die vereisten Fahrzeuge von außen erwärmt werden, beispielsweise mit Warmluft angeblasen werden und somit das Eis weggeschmolzen wird. Die Abtauzeiten können, je nach Schwere der Vereisung, bis zu mehreren Stunden dauern. Dadurch sinkt die Verfügbarkeit der Fahrzeuge für Betriebszwecke. Für das komplette Schmelzen des Eispanzers werden erheblich Energiemengen benötigt (allein zum Schmelzen von 1000 l Eis werden knapp 100 kWh benötigt.
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Weitere bekannte Anlagen verwenden chemische Substanzen zum Abtauen des Eises. Die vereisten Fahrzeuge werden beispielsweise mit Glykol besprüht. Dazu werden meist große Mengen an entsprechenden Chemikalien benötigt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung vorzuschlagen, um eine Enteisung kostengünstig durchzuführen.
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Gelöst wird die Aufgabe durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den Merkmalen der abhängigen Patentansprüche wieder.
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Eine erfindungsgemäße Enteisungsvorrichtung für ein Fahrzeug zum Befestigen am Fahrzeug, insbesondere auf einer Außenseite des Fahrzeugs, umfasst eine Wärmeübertragungsschicht und eine Wärmeisolationsschicht, wobei die Wärmeisolationsschicht vorgesehen ist zur Befestigung der Enteisungsvorrichtung am Fahrzeug, insbesondere auf einer Außenseite des Fahrzeugs, so dass in einem befestigten Zustand der Enteisungsvorrichtung am Fahrzeug die Wärmeübertragungsschicht frei zur Umwelt des Fahrzeugs ist. Die Wärmeisolationsschicht ist dann zwischen dem Fahrzeug und der Wärmeübertragungsschicht angeordnet.
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Im befestigten Zustand der Enteisungsvorrichtung am Fahrzeug ist die Wärmeisolationsschicht der Enteisungsvorrichtung zum Fahrzeug hin gewandt, die Wärmeübertragungsschicht der Enteisungsvorrichtung ist hingegen frei zugänglich und weist vom Fahrzeug weg zur Umwelt des Fahrzeugs hin. So wird Wärme von der Wärmeübertragungsschicht auf die Umwelt des Fahrzeugs und nicht auf das Fahrzeug selbst übertragen.
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Ist eine erfindungsgemäße Enteisungsvorrichtung an einem Fahrzeug befestigt, umgibt sie das Fahrzeug zumindest teilweise. Sie wird insbesondere auf einer Außenhaut des Fahrzeugs oder auf weiteren Komponenten befestigt, welche ihrerseits selbst auf der Außenhaut des Fahrzeugs befestigt sind, und begrenzt das Fahrzeug zur Umwelt hin. Die Außenhaut des Fahrzeugs umfasst dabei insbesondere einen Fahrzeugunterboden, Seitenwände, Stirnflächen und ein Dach des Fahrzeugs. Insbesondere unterhalb des Fahrzeugunterbodens oder auf dem Dach des Fahrzeugs können weitere Komponenten des Fahrzeugs, wie z.B. Stromabnehmer, Klimatechnik, Stromrichter oder Fahrwerke angeordnet sein.
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Eine Vereisung des Fahrzeugs an der Stelle der am Fahrzeug befestigten Enteisungsvorrichtung führt zu einer Vereisung der Enteisungsvorrichtung, welche zwischen der Vereisung und dem Fahrzeug angeordnet ist. Durch Beheizen der Enteisungsvorrichtung erfolgt eine Abgabe von Wärme an die Vereisung, da eine Wärmeübertragung von der Enteisungsvorrichtung auf die Vereisung gerichtet ist.
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Dazu ist insbesondere die Wärmeübertragungsschicht der Enteisungsvorrichtung beheizbar ausgebildet. Darüber hinaus kann sie einen geringen Wärmeübergangskoeffizienten mit Eis auf weisen. Die Wärmeübertragungsschicht ist ausgebildet zur Übertragung von Wärme auf die Umwelt des Schienenfahrzeugs, insbesondere auf Eis. Insbesondere ist die Wärmeübertragungsschicht ausgebildet zur indirekten Wärmeübertragung.
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Zum Beheizen kann die Enteisungsvorrichtung einerseits eine eigene Energiequelle umfassen oder sie umfasst wenigstens eine Schnittstelle zur Zufuhr von externer Energie, insbesondere wenigstens einen Anschluss für eine externe Energiequelle. Die externe Energiequelle befindet sich beispielsweise an Bord des Schienenfahrzeugs oder an Land. Als Energiequellen sollen hier auch Energiespeicher und Energiewandler angesehen werden. Als Energiespeicher könnte beispielsweise eine Batterie dienen. Ein Energiewandler wandelt die elektrische Energie der Batterie in Wärme. Wärmeenergie könnte jedoch auch durch die Verbrennung von einem Energieträger, welcher in einem Tank gespeichert ist, mittels eines Energiewandlers gewonnen werden. Wiederum könnten Energiespeicher und Energiewandler in die Enteisungsvorrichtung integriert sein. Eine Versorgung der Enteisungsvorrichtung mit externer Energie birgt jedoch die Vorteile, keinen Energiespeicher und gegebenenfalls auch keinen separaten Energiewandler vorhalten zu müssen.
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Eine Zufuhr externer Energie kann beispielsweise wiederum in Form von elektrischer Energie erfolgen. Dann weist die Wärmeübertragungsschicht eine elektrische Flächenheizung, insbesondere eine elektrische Widerstandsheizung mit wenigstens einem Heizwiderstand, auf.
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Andererseits kann die Enteisungsvorrichtung auch als Rohrwärmeübertrager ausgebildet sein und Kanäle zur Durchleitung eines Fluids, insbesondere warmes Wasser oder Wasserdampf, umfassen. Als externe Energie wird dann heißes Wasser oder Wasserdampf erzeugt und der Enteisungsvorrichtung über die Schnittstelle zugeführt.
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Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug, insbesondere ein Schienenfahrzeug, umfasst wenigstens eine erfindungsgemäße Enteisungsvorrichtung, die so am Fahrzeug, insbesondere auf einer Außenseite des Fahrzeugs, befestigt ist, dass die Wärmeübertragungsschicht frei zugänglich ist und zur Umwelt des Fahrzeugs hin weist und die Wärmeisolationsschicht zwischen dem Fahrzeug und der Wärmeübertragungsschicht angeordnet ist. Ein Vorteil dieser Lösung ist, dass ein bereits fertiggestelltes Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Enteisungsvorrichtung nachrüstbar ist. Die Enteisungsvorrichtung ist insbesondere lösbar mit dem Fahrzeug verbunden, so dass sie vor dem Winter anbringbar und nach dem Winter wieder abnehmbar ist. Sie ist auf einer das Fahrzeug begrenzenden Außenhaut angeordnet. Zwischen der Außenhaut des Fahrzeugs und der Wärmeübertragungsschicht ist dann die Wärmeisolationsschicht angeordnet.
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Alternativ ist die Enteisungsvorrichtung integraler Bestandteil des Fahrzeugs. Das Fahrzeug, insbesondere ein Schienenfahrzeug, umfasst somit eine Wärmeübertragungsschicht und eine Wärmeisolationsschicht, welche so am Fahrzeug angeordnet sind, dass die Wärmeübertragungsschicht das Fahrzeug wenigstens teilweise zur Umwelt hin begrenzt, so dass Wärme von der Wärmeübertragungsschicht frei an die Umwelt des Fahrzeugs übertragbar ist, und dass die Wärmeisolationsschicht auf einer zum Innern des Fahrzeugs weisenden Innenseite der Wärmeübertragungsschicht angeordnet ist.
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In beiden Fällen ist die Wärmeübertragungsschicht frei zur Umwelt des Fahrzeugs hin gerichtet, so dass Wärme von der Wärmeübertragungsschicht frei an die Umwelt des Fahrzeugs übertragbar ist, beispielsweise auch abstrahlbar ist – natürlich nur, wenn sie nicht von Eis bedeckt ist. Die Wärmeisolationsschicht ist zwischen dem Fahrzeug, beispielsweise zwischen einem Unterboden des Fahrzeugs oder zwischen weiteren Fahrzeugkomponenten und der Wärmeübertragungsschicht angeordnet. Die Wärmeisolationsschicht umfasst beispielsweise wärmeisolierenden Werkstoff. Die Wärmeisolationsschicht kann beispielsweise auch durch einen Luftspalt gebildet sein.
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Die Wärmeübertragungsschicht ist vorzugsweise aktiv beheizbar ausgebildet und zum Enteisen aktiv beheizt.
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Weitergebildet umfasst das Fahrzeug einen Innenraum, welcher gegen eine Außenhaut des Fahrzeugs, insbesondere mittels einer weiteren Wärmeisolationsschicht, thermisch isoliert ist, wobei die Enteisungsvorrichtung zumindest teilweise auf der Außenhaut des Fahrzeugs befestigt und mit dieser verbunden ist. Insbesondere ist ein Fahrzeugunterboden als Teil der Außenhaut des Fahrzeugs thermisch gegen den Innenraum des Schienenfahrzeugs isoliert, auf welchem die Enteisungsvorrichtung befestigt ist. Dabei ist die Enteisungsvorrichtung unterhalb eines Fahrzeugunterbodens angeordnet. Zwischen dem Fahrzeugunterboden und dem Boden des Innenraums des Fahrzeugs, beispielsweise einem Fußboden eines Fahrgastraums, ist die weitere Wärmeisolationsschicht angeordnet. Der Fahrzeugunterboden begrenzt ansonsten, d.h. frei von einer daran befestigten Enteisungsvorrichtung, das Fahrzeug zur Umwelt hin.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Fahrzeug derart ausgebildet, dass ein freier Raum unmittelbar an die Wärmeübertragungsschicht der Enteisungsvorrichtung anschließt, beispielsweise in horizontaler und/oder vertikaler Richtung auf die Wärmeübertragungsschicht der Enteisungsvorrichtung, so dass vom Fahrzeug gelöstes Eis in horizontaler und/oder vertikaler Richtung frei zur Wärmeübertragungsschicht beweglich ist.
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Gemäß einer weiteren Weiterbildung der Erfindung ist die Enteisungsvorrichtung zwischen einem Fahrzeugunterboden und der Erdoberfläche angeordnet, wobei das Fahrzeug zumindest abschnittsweise frei von Teilen des Fahrzeugs zwischen der Enteisungsvorrichtung und der Erdoberfläche ist, so dass vom Fahrzeug gelöstes Eis frei fallen kann.
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Vom Fahrzeug gelöstes Eis kann so in einen freien Raum nach unten vom Fahrzeug weg auf die Erdoberfläche fallen.
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Allgemein ist die Enteisungsvorrichtung so am Fahrzeug angeordnet und/oder an diesem befestigt, dass ein freier Raum vorgegebener Mindestgröße zwischen der Enteisungsvorrichtung und der Erdoberfläche oder weiteren Komponenten des Schienenfahrzeugs vorgesehen ist. Der freie Raum ist frei von körperlichen Gegenständen fester Gestalt. Insbesondere ragen möglichst keine Kanten von Komponenten in den freien Raum unter dem Fahrzeug hinein. Er kann jedoch mit einem gasförmigen Fluid angefüllt sein.
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Insbesondere ist der freie Raum unterhalb der Enteisungsvorrichtung vorgesehen, so dass gelöstes Eis unter Einwirkung der Schwerkraft frei nach unten fallen kann.
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Weist die Wärmeübertragungsschicht einen Winkel zwischen 0° und 90° zur Horizontalen auf, insbesondere zwischen 30° und 90°, kann gelöstes Eis auf dem Wasserfilm zwischen dem Eis und der Wärmeübertragungsschicht, welcher sich durch geschmolzenes Eis gebildet hat, auch entlang der Wärmeübertragungsschicht herunterrutschen, gegebenenfalls ohne zu fallen.
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Der freie Raum bewirkt, dass das Eis mit einer Richtungskomponenten in Lotrichtung frei beweglich zur Wärmeübertragungsschicht ist.
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Zum Enteisen wird erfindungsgemäß zunächst vor einem Vereisen eine erfindungsgemäße Enteisungsvorrichtung wie beschrieben am Fahrzeug befestigt. Nach einem Vereisen des Fahrzeugs wird dann die Verbindung des Eises mit der Wärmeübertragungsschicht durch Beheizen der Wärmeübertragungsschicht gelöst. Es wird so viel Wärme von der Wärmeübertragungsschicht der Enteisungsvorrichtung auf das Eis übertragen, dass die Verbindung des Eises mit der Wärmeübertragungsschicht der Enteisungsvorrichtung aufgeschmolzen wird und dadurch das Eis durch Wärmeeintrag von der Wärmeübertragungsschicht getrennt wird. Eine Grenzschicht zwischen dem noch gefrorenen Teil des Eises und der Wärmeübertragungsschicht der Enteisungsvorrichtung ist verflüssigt und verfügt damit nicht mehr über die Anhangskraft des Eises, wodurch das Eis unter Einfluss von äußeren Kräften leicht vom Fahrzeug abzulösen und zu entfernen ist. Äußere Kräfte umfassen dabei insbesondere die Schwerkraft, aber auch von außen auf das Eis aufgebrachte, zusätzliche Kräfte, welche beispielsweise mechanisch mittels Werkzeug aufgebracht werden. So könnte das Eis beispielsweise manuell mit einem Spaten leicht abgelöst werden. Auf die Erdoberfläche heruntergefallenes Eis kann dann ebenfalls leicht mit dem Spaten entfernt werden.
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Vor dem Beheizen der Wärmeübertragungsschicht der Enteisungsvorrichtung kann die Schnittstelle der Enteisungsvorrichtung zur Zufuhr von externer Energie an eine komplementär ausgebildete Schnittstelle des Fahrzeugs oder einer Enteisungsanlage angeschlossen und so wird die Enteisungsvorrichtung mit einer externen Energiequelle zum Beheizen der Wärmeübertragungsschicht der Enteisungsvorrichtung verbunden. Das vereiste Fahrzeug fährt zum Enteisen beispielsweise in eine ortsfeste Enteisungsanlage ein. Die Schnittstelle der Enteisungsvorrichtung zur Zufuhr von externer Energie an eine komplementär ausgebildete Schnittstelle der Enteisungsanlage angeschlossen und mit Energie versorgt.
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Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass nicht das komplette Eis von Außen geschmolzen wird, sondern lediglich das Eis vom Fahrzeug durch Beheizen der Wärmeübertragungsschicht der Enteisungsvorrichtung getrennt, anschließend abgelöst und entfernt wird. Es wird also nur ein kleiner Teil des Eises mittels thermischer Energie geschmolzen. Durch die geeignete Konstruktion des Fahrzeugs wird ermöglicht, dass das Eis dann auch leicht vom Fahrzeug getrennt werden kann. Insbesondere aufgrund der geeigneten Ausgestaltung eines offenen, freien Raumes und durch die Einwirkung der Schwerkraft fällt oder rutscht der Eispanzer nach der Ablösung eigenständig vom Fahrzeug. Die Reste des Eispanzers können dann leicht aus der Abtauzone entfernt werden.
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Insbesondere der Verzicht auf die vollständige Schmelzung des Eises führt zu einer deutlichen Reduzierung der zur Enteisung notwendigen Energie und zu einer Reduzierung der zur Enteisung notwendigen Abtauzeit. Dadurch wird die Verfügbarkeit des Fahrzeugs für den operativen Betrieb und die Instandhaltung erhöht. Durch den Verzicht auf den Einsatz von Chemikalien wird die Umweltbelastung deutlich verringert. In Summe werden so die Kosten für die Enteisung signifikant gesenkt.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Sie wird anhand der nachfolgenden Figur näher erläutert. Es ist schematisch ein vereistes Schienenfahrzeug mit einer typischen Vereisung unterhalb des Fahrzeugunterbodens 1 dargestellt. Der Fahrzeugunterboden 1 ist gegen einen Fußboden im Innenraum des Schienenfahrzeugs mittels einer Wärmeisolationsschicht 4 thermisch isoliert.
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Solche Vereisungen wurden bisher mechanisch entfernt, insbesondere jedoch mit Chemikalien besprüht und aufgeschmolzen oder mit Warmluft angeblasen und aufgeschmolzen.
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Hier weist das Schienenfahrzeug jedoch eine erfindungsgemäße Enteisungsvorrichtung auf, welche eine Wärmeübertragungsschicht 3 und eine Wärmeisolationsschicht 2 umfasst und welche so am Fahrzeug befestigt ist, dass sie das Fahrzeug zumindest teilweise bedeckt und die Wärmeübertragungsschicht 3 die Enteisungsvorrichtung zur Umwelt hin begrenzt und die Wärmeisolationsschicht 2 auf dem Schienenfahrzeug befestigt ist. Somit ist die Wärmeübertragungsschicht 3 vereist, das Eis 5 liegt unmittelbar an der Wärmeübertragungsschicht 3 an, die weiteren Komponenten des Schienenfahrzeugs sind hingegen im Bereich der Enteisungsvorrichtung frei einer unmittelbaren Anlage von Eis 5.
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Zum Enteisen wird die Wärmeübertragungsschicht 3 beheizt, wobei die Wärmeisolationsschicht 2 zwischen dem Schienenfahrzeug und der Wärmeübertragungsschicht 3 einen übermäßigen Wärmefluss von der Wärmeübertragungsschicht 3 auf das Schienenfahrzeug verhindert. Die Wärme wird vornehmlich an das Eis 5 abgegeben. Dadurch wird das Eis 5 im Bereich des unmittelbaren Kontakts mit der Wärmeübertragungsschicht 3 aufgeschmolzen und von der Wärmeübertragungsschicht 3 getrennt. Ein großer Teil des Eises 5 wird aufgrund der Schwerkraft herunter fallen. Weitere Teile des Eises 5 können mit Werkzeugen entfernt werden. Anschließend kann das heruntergefallene Eis 5 zwischen den Rädern des Schienenfahrzeugs von der Erdoberfläche 6 entfernt werden.
