DE102018007263A1 - Method and device for controlling and regulating a point heater - Google Patents

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    • E01BPERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B7/00Switches; Crossings
    • E01B7/24Heating of switches

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Steuerung und Regelung einer Weichenheizung (1), wobei die Weichenheizung (1) mindestens ein an zumindest einer Weiche (3) angeordnete Heizeinrichtung (14), zumindest einen Weichentemperatursensor (28) an der zumindest einem Weiche (3), zumindest eine Energieverteilung mit mindestens einem Heizabgang pro Weiche (3) und zumindest eine Steuereinrichtung zum Steuern und Regeln der Weichentemperatur aufweist. Dabei wird insbesondere ein Wärmenetz (26, 27) für das zumindest eine Weichensegment für die linke Seite (5) der zumindest einen Weiche (3) und/oder für die rechte Seite (6) der zumindest einen Weiche (3) gebildet, wobei das Wärmenetz (26, 27) Wärmeerzeugungselemente, Wärmeübertragungselemente und Wärmespeicher (32) aufweist, und Zuordnen des jeweils zumindest ersten Knoten (K) der jeweiligen Abschnitte des zumindest einen Weichensegments zu mindestens einem Bewertungspunkt (37, 38, 39, 40, 41, 42, 43).The present invention relates to a method and a device for controlling and regulating a point heater (1), the point heater (1) comprising at least one heating device (14) arranged on at least one point (3), at least one point temperature sensor (28) on the at least one Switch (3), at least one energy distribution with at least one heating outlet per switch (3) and at least one control device for controlling and regulating the switch temperature. In particular, a heating network (26, 27) is formed for the at least one turnout segment for the left side (5) of the at least one turnout (3) and / or for the right side (6) of the at least one turnout (3), the Has heat network (26, 27) heat generating elements, heat transfer elements and heat storage (32), and assigning the at least first node (K) of the respective sections of the at least one switch segment to at least one evaluation point (37, 38, 39, 40, 41, 42, 43).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur Steuerung und Regelung einer Weichenheizung, insbesondere in Abhängigkeit von Witterung, Schienenprofil und Stellung der beweglichen Zungenschiene durch Berechnung und Bewertung der realen Weichentemperaturen an funktionsrelevanten Stellen der Weiche im Winter an mindestens einem Weichensegment zwischen Weichenspitze und Weichenende.The present invention relates to a method and a device for controlling and regulating a point heater, in particular depending on the weather, rail profile and position of the movable tongue rail by calculating and evaluating the real point temperatures at functionally relevant points of the point in winter on at least one point segment between the point tips and point end.

Fahrwegelemente, insbesondere Weichen, von schienengebundenen Fahrzeugen wie Eisenbahnen (Vollbahnen, Nebenbahnen, Schmalspurbahnen) oder Straßenbahnen werden mit Weichenheizungen bedarfsabhängig 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. Bekannte Weichenheizungen beruhen auf Systemen mit Heißwasserdampf, Gasbeheizung oder elektrischer Energie.Track elements, especially switches, of rail-bound vehicles such as railways (full railways, branch lines, narrow-gauge railways) or trams are heated as required with point heaters in order to prevent freezing of the moving parts or their blocking by snow and ice, and thus operational safety, especially in winter to ensure. Known point heaters are based on systems with hot water steam, gas heating or electrical energy.

Durch Weichenheizungen soll im Winter Schnee zwischen den Schienen der Weichen geschmolzen und das Festfrieren der beweglichen Zungenschiene an der festen Backenschiene und den Gleitstuhlplatten sowie das Zusammenpressen von Schnee zwischen den Schienen vermieden werden. Dazu werden Heizeinrichtungen mit spezifischer Leistung von beispielsweise 330 W pro Meter Schiene an den festen Backenschienen der Weiche angeordnet, und bei entsprechender Witterung wird die Heizung durch eine Wetterstation in Betrieb gesetzt und damit die Backenschiene am Standort des Weichentemperatursensors der Weiche bis auf eine Weichensolltemperatur in Zweipunktregelung mit Hysterese erwärmt.In winter, point heaters are used to melt snow between the rails of the points and to prevent the movable tongue rail from freezing to the fixed stock rail and the sliding chair plates, as well as the compression of snow between the rails. For this purpose, heating devices with a specific output of, for example, 330 W per meter of rail are arranged on the fixed stock rails of the turnout, and if the weather permits, the heating is activated by a weather station and thus the stock rail at the location of the turnout temperature sensor except for a setpoint temperature in two-point control warmed with hysteresis.

Die Regelung solcher Weichenheizungen erfolgt herkömmlicherweise mittels eines Weichentemperatursensors an einer zentralen Weiche, der aufgrund der Funktion der Weiche an der unteren Fläche am Backenschienenfuß angeordnet ist. Hierbei besteht der Nachteil, dass im Betrieb nur am Standort des Weichentemperatursensors die Weichentemperatur der Weichensolltemperatur entspricht und die übrigen Teile der Weiche witterungsabhängige und von der Stellung der Zungenschiene, die an der Backenschiene anliegend oder abliegend sein kann, sowohl Temperaturdefizite als auch Temperaturüberschüsse auftreten können, die entweder zum Festfrieren und damit Versagen der Weiche oder zu hohem (unnötigen) Energieverbrauch führen.Such point heaters are conventionally controlled by means of a point temperature sensor on a central point, which is arranged on the lower surface of the stock rail base due to the function of the point. The disadvantage here is that during operation, only at the location of the turnout temperature sensor, the turnout temperature corresponds to the desired turnout temperature and the other parts of the turnout, depending on the weather and on the position of the tongue rail, which can be adjacent or detached from the backrest rail, can cause both temperature deficits and excess temperatures. which either lead to freezing and thus failure of the switch or to high (unnecessary) energy consumption.

Die herkömmlichen Weichenheizungen werden derzeit bei Heizanforderung mit 100 % spezifischer Leistung eingeschaltet und nach Erreichen der Weichensolltemperatur bis zum Erreichen einer Hysterese der realen Weichentemperatur abgeschaltet und wieder eingeschaltet. Die Folge im Heizbetrieb sind Leistungsspitzen zwischen Null und Maximalwert und maßgebliche Temperaturunterschiede den Backenschienen, Zungenschienen und Gleitstuhlplatten der rechten Seite und linken Seite sowie über die Länge der Weiche. Eine sichere Funktion der Weichen im Winter, insbesondere bei Wetterextremen, bei Wind, tiefer Umgebungstemperatur und starken Schneefall im automatischen Betrieb mit dem Stand der Technik nicht möglich.The conventional point heaters are currently switched on when heating is requested with 100% specific output and switched off and on again after reaching the set point temperature until a hysteresis of the real point temperature is reached. The result in heating mode are power peaks between zero and maximum value and significant temperature differences of the stock rails, tongue rails and sliding chair plates on the right and left side as well as over the length of the switch. A reliable function of the turnouts in winter, especially in extreme weather conditions, in wind, low ambient temperature and heavy snowfall in automatic operation is not possible with the state of the art.

Heizeinrichtungen nach dem Stand der Technik sind beispielsweise an den festen Backenschienen der linken und rechten Seite der Weiche auf dem Schienenfuß angeordnet und mit einer spezifischen Leistung von üblicherweise 330 W pro Meter über die gesamte Länge der Weiche ausgeführt. Die Wärmeübertragung auf die Zungenschienen und Gleitstuhlplatten der Weiche erfolgt durch Wärmeleitung bzw. Wärmestrahlung vom Standort der mit einer Heizeinrichtung versehenen Backenschienen. Im Betrieb werden an den Backenschienen und den Zungenschienen an linker Seite und rechter Seite der Weiche in Abhängigkeit der Umgebungsbedingungen und der Weichenstellung, d.h. abliegende bzw. anliegende Zungenschiene, sowie an den Gleitstuhlplatten unterschiedliche reale Weichentemperaturen erreicht. Bei tiefen Umgebungstemperaturen, Wettextremen und/oder Wind bestehen daher erhebliche Erwärmungsdefizite, so dass trotz Heizung funktionsrelevante Stellen der Weiche keine Null Grad bzw. keine positiven Weichentemperaturen erreichen und dadurch der Schnee an diesen Stellen nicht geschmolzen wird. In diesem Fall wird zunächst beim Stellen der Weiche der Schnee zwischen den Schienen, d.h. zwischen Zungenschiene und Backenschiene, verpresst und die Zungenschiene kann beim Stellen nicht mehr die Endlage erreichen bzw. friert fest und die Weiche kann nicht mehr umgestellt werden.Heating devices according to the prior art are arranged, for example, on the fixed stock rails of the left and right sides of the switch on the rail foot and are designed with a specific power of typically 330 W per meter over the entire length of the switch. The heat transfer to the tongue rails and sliding chair plates of the switch takes place by means of heat conduction or heat radiation from the location of the stock rails provided with a heating device. In operation, the switch is used on the stock rails and the tongue rails on the left and right sides depending on the ambient conditions and the switch position, i.e. remote or adjacent tongue rail, as well as different real switch temperatures at the sliding chair plates. At low ambient temperatures, betting extremes and / or wind, there are considerable heating deficits so that, despite heating, functionally relevant points of the switch do not reach zero degrees or positive switch temperatures and the snow is not melted at these points. In this case, when the switch is set, the snow between the rails, i.e. between the tongue rail and stock rail, pressed and the tongue rail can no longer reach the end position when freezing or freezes and the switch can no longer be changed.

Unter Ausnutzung der Analogie zwischen einem elektrischen Strömungsfeld und einem thermischen Strömungsfeld (vgl. Tab. 1) werden Wärmeerzeugungsprozesse, Wärmeübertragungsprozesse und Wärmespeicherprozesse mit aus der Elektrotechnik hinreichend bekannten Netzwerken berechenbar. Die in Wärmenetzen auftretenden Nichtlinearen der Prozesse verlangen ein rechnergestütztes iteratives Lösungsverfahren [1]. Tabelle 1: Analogie zwischen thermischen und elektrischen Strömungsfeldern Größe elektrisch thermisch treibend Spannungsdifferenz Δφ Temperaturdifferenz Δϑ fließend Strom I Leistung P Widerstand R= Δφ/I Rth =Δϑ/P Kapazität c= dQ/Δφ Cth=dW/dϑ Utilizing the analogy between an electrical flow field and a thermal flow field (cf. Tab. 1), heat generation processes, heat transfer processes and heat storage processes can be calculated using networks that are well known in electrical engineering. The non-linear processes occurring in heating networks require a computer-aided iterative solution process [1] . Table 1: Analogy between thermal and electrical flow fields size electric thermal impulsive Voltage difference Δφ Temperature difference Δϑ fluently Current I Power P resistance R = Δφ / I R th = Δϑ / P capacity c = dQ / Δφ C th = dW / dϑ

In einem Wärmenetz treten Wärmequellen, Wärmewiderstände, Wärmekapazitäten und feste Temperaturen auf. Sie repräsentieren die Wärmeerzeugung, den Wärmetransport, die Wärmespeicherung und die thermischen Randbedingungen. Die in den Leitern und der Kapselung erzeugten Leistungen P werden durch Strahlung und Konvektion an die Umwelt und durch Wärmeleitung entlang der Leiterbahn bzw. der Kapsel übertragen. Abhängig vom thermischen Widerstand Rth und der Leistung P ergibt sich eine Übertemperatur Δϑ.Heat sources, thermal resistances, thermal capacities and fixed temperatures occur in a heating network. They represent heat generation, heat transport, heat storage and the thermal boundary conditions. The services generated in the conductors and the encapsulation P are transmitted to the environment by radiation and convection and by heat conduction along the conductor track or the capsule. Depending on the thermal resistance R th and the power P there is an overtemperature Δϑ.

WärmeübertragungHeat transfer

In elektrotechnischen Anlagen wird die Leistung durch Strahlung, Wärmeleitung und Konvektion übertragen.In electrical engineering systems, the power is transmitted through radiation, heat conduction and convection.

Strahlung [2] Radiation [2]

Die zwischen zwei Körpern 1 und 2 ausgetauschte Strahlungsleistung wird mit dem Stefan-Boltzmann-Gesetz mit Os als Oberfläche des strahlenden Körpers und CS = 5,67 W/m2K4 als Strahlungskoeffizient des schwarzen Strahlers berechnet. P s = C s ε 12 O s ( T 1 4 100 T 2 4 100 )

Figure DE102018007263A1_0001
wobei sich die resultierende Emissionszahl ε12 für sich umhüllende Körper (2 umhüllt 1) aus geometrischen Betrachtungen zu ε 12 = 1 1 ε 1 + O 1 O 2 ( 1 ε 2 ) 1
Figure DE102018007263A1_0002
ergibt.The between two bodies 1 and 2nd Exchanged radiation power is calculated using the Stefan-Boltzmann law with Os as the surface of the radiating body and C S = 5.67 W / m 2 K 4 as the radiation coefficient of the black body. P s = C. s ε 12th O s ( T 1 4th 100 - T 2nd 4th 100 )
Figure DE102018007263A1_0001
the resulting emission number ε 12 for enveloping bodies ( 2nd envelops 1 ) from geometric considerations ε 12th = 1 1 ε 1 + O 1 O 2nd ( 1 ε 2nd ) - 1
Figure DE102018007263A1_0002
results.

Wärmeleitung [2] Heat conduction [2]

Nach dem Fourierschen Gesetz der Wärmeleitung ist im stationären Zustand die transportierte Wärmeleistung PL linear veränderlich mit der räumlichen Änderung der Temperatur, wenn keine zusätzliche Wärmequelle existiert. Der Proportionalitätsfaktor wird als Wärmeleitfähigkeit λ bezeichnet. Die Abschnittslänge L und die Querschnittsfläche A beeinflussen die transportierte Wärmeleistung wesentlich. Im homogenen eindimensionalen Wärmeströmungsfeld kann die Wärmeleistung durch Leitung wie folgt vereinfacht werden. P L = λ A Δ ϑ L

Figure DE102018007263A1_0003
According to Fourier's law of heat conduction, the transported heat output is in the stationary state P L linearly variable with the spatial change in temperature if there is no additional heat source. The proportionality factor is called thermal conductivity λ designated. The section length L and the cross-sectional area A influence the transported heat output significantly. In the homogeneous one-dimensional heat flow field, the heat output by conduction can be simplified as follows. P L = λ A Δ ϑ L
Figure DE102018007263A1_0003

Konvektion [3], [4], [5] Convection [3], [4], [5]

Die Wärmeenergie durch Konvektion wird über die Zusammenhänge zwischen den Stoffeigenschaften des Kühlmediums, der Strömung und dem Wärmeübergang auf andere Medien, Anordnungen und Temperaturbereiche berechnet. Dazu werden dimensionslose Ähnlichkeitszahlen Reynolds-Zahl (abstrahiert von der erzwungenen Konvektion) Grashof-Zahl (abstrahiert von der freien Konvektion) Nußelt-Zahl (abstrahiert von der Wärmeübertragung) Prandtl-Zahl (abstrahiert von dem Strömungsmedium) mit v als Strömungsgeschwindigkeit, v als Viskosität, β als Volumendehnungskoeffizient, g als Erdbeschleunigung, cp als spezifische Kapazität und δ als Dichte gebildet.The thermal energy by convection is calculated via the relationships between the material properties of the cooling medium, the flow and the heat transfer to other media, arrangements and temperature ranges. To do this, there are dimensionless similarity numbers Reynolds number (abstracted from forced convection) Grashof number (abstracted from free convection) Nusselt number (abstracted from heat transfer) Prandtl number (abstracted from the flow medium) with v as flow velocity, v as viscosity, β as a volume expansion coefficient, G as gravitational acceleration, c p as specific capacity and δ formed as a density.

Der Zusammenhang zwischen dem konvektiven Wärmeübergangskoeffizient K und der Strömungsgeschwindigkeit v wird über die Nußelt-, Prandtl- und Reynolds-Zahl hergestellt: α K = f ( Nu ) = f ( Re , Gr , Pr )

Figure DE102018007263A1_0004
The relationship between the convective heat transfer coefficient K and the flow rate v is produced using the Nusselt, Prandtl and Reynolds numbers: α K = f ( Nu ) = f ( re , Size , Pr )
Figure DE102018007263A1_0004

Mit dem Newtonschen Wärmeübertragungsgesetz P K = α K O K Δ ϑ

Figure DE102018007263A1_0005
wird die durch Konvektion übertragbare Leistung berechnet.With Newton's heat transfer law P K = α K O K Δ ϑ
Figure DE102018007263A1_0005
the power that can be transmitted by convection is calculated.

Der Prozess kann temperaturabhängig m Wärmenetz iterativ berechnet werden.The process can be calculated iteratively depending on the temperature in the heating network.

WärmeleistungenHeat outputs

Durch den Ohmschen Widerstand erwärmen sich alle stromdurchflossenen Abschnitte. Es treten durch den Betriebsstrom Stromwärmeverluste und durch Induktion in der Kapsel Kapselverluste (Hysterese-, Induktions- und Wirbelstromverluste) auf.The ohmic resistance heats up all current-carrying sections. Current heat losses occur due to the operating current and capsule losses due to induction in the capsule (hysteresis, induction and eddy current losses).

StromwärmeverlusteElectricity heat losses

Werden Betriebsmittel vom Strom I1 durchflossen, wird, hervorgerufen durch die Materialeigenschaft des Leiters, dem Stromfluss ein Widerstand entgegengesetzt. Die dabei umgesetzte Leistung kann mit P L e i = I I 2 R L e i

Figure DE102018007263A1_0006
und R L e i = k p 1 A ( 1 + α T Δ ϑ )
Figure DE102018007263A1_0007
berechnet werden. Der Widerstand Rlsi ist sowohl von der Querschnittsfläche A als auch von dem spezifischen Widerstand des Leiters p, der Abschnittslänge I, der Stromart (Stromverdrängungsfaktor k) [5] und der Leiterübertemperatur Δϑ[6]) abhängig.Become resources from electricity I1 flows through, caused by the material properties of the conductor, a resistance to the current flow. The implemented performance can with P L e i = I. I. 2nd R L e i
Figure DE102018007263A1_0006
and R L e i = k p 1 A ( 1 + α T Δ ϑ )
Figure DE102018007263A1_0007
be calculated. The resistance R lsi is both of the cross-sectional area A as well as the specific resistance of the conductor p, the section length I. , the type of current (current displacement factor k ) [5] and the excess conductor temperature Δϑ [6] ).

WärmekapazitätHeat capacity

Die Wärmekapazität eines Leiterabschnittes geht in die kalorimetrische Gleichung Q c = C Δ ϑ

Figure DE102018007263A1_0008
ein. Durch Ableitung ist diese auf die Leistung umstellbar.The heat capacity of a conductor section goes into the calorimetric equation Q c = C. Δ ϑ
Figure DE102018007263A1_0008
on. By derivation, this can be converted to performance.

Die Wärmekapazität C ergibt sich aus C = cm = c δ V

Figure DE102018007263A1_0009
mit dem Volumen V, der Dichte δ und der spezifischen Wärmekapazität C.The heat capacity C. results from C. = cm = c δ V
Figure DE102018007263A1_0009
with the volume V , the density δ and the specific heat capacity C. .

Die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren und Einrichtungen haben folglich teilweise einen sehr hohen technischen Installations- und Wartungs-Aufwand bei gleichzeitig ungleichmäßiger und/oder unzureichender Beheizung wesentlicher funktioneller Teile von Fahrwegelementen. Es besteht daher die Notwendigkeit, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen, ohne den technischen Aufwand weiter zu erhöhen.The methods and devices known from the prior art consequently sometimes have a very high technical outlay for installation and maintenance with, at the same time, uneven and / or inadequate heating of essential functional parts of guideway elements. There is therefore a need to eliminate the disadvantages of the prior art without further increasing the technical outlay.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung und Regelung einer Weichenheizung anzugeben und eine entsprechende Einrichtung bereitzustellen, welche die Nachteile des Standes der Technik überwinden und mit denen ein Mehraufwand für Sensoren vermieden und der damit verbundene Wartungsaufwand verringert wird.The present invention is therefore based on the object of specifying a method for controlling and regulating a point heater and of providing a corresponding device which overcomes the disadvantages of the prior art and with which an additional outlay for sensors is avoided and the associated outlay on maintenance is reduced.

Nachstehend wird die Erfindung im Detail beschrieben. Wenn in der Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenständliche Merkmale genannt werden, so beziehen sich diese insbesondere auf die erfindungsgemäße Einrichtung. Ebenso beziehen sich Verfahrensmerkmale, die in der Beschreibung der erfindungsgemäßen Einrichtung angeführt werden, auf das erfindungsgemäße Verfahren.The invention is described in detail below. If objective features are mentioned in the description of the method according to the invention, these relate in particular to the device according to the invention. Method features that are mentioned in the description of the device according to the invention likewise relate to the method according to the invention.

Die vorstehend genannte Aufgabe wird in einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren zur Steuerung und Regelung einer Weichenheizung (1) gelöst, wobei die Weichenheizung (1) mindestens ein an zumindest einer Weiche (3) angeordnete Heizeinrichtung (14), zumindest einen Weichentemperatursensor (28) an der zumindest einem Weiche (3), zumindest eine Energieverteilung mit mindestens einem Heizabgang pro Weiche (3) und zumindest eine Steuereinrichtung zum Steuern und Regeln der Weichentemperatur aufweist, umfassend die Schritte:

  1. a) Definieren zumindest eines Weichensegments für die linke Seite (5) der zumindest einen Weiche (3) und/oder für die rechte Seite (6) der zumindest einen Weiche (3) mit einer spezifischen Länge, wobei das Weichensegment der zumindest einen Weiche (3) eine Backenschiene (7), eine Zungenschiene (8), eine Gleitstuhlplatte (9) und zumindest eine Heizeinrichtung (14) aufweist, und Zerlegen des zumindest einen Weichensegments in einzelne Abschnitte mit jeweils zumindest einem ersten Knoten, der zumindest einer funktionsrelevanten Stelle (19) des Weichensegmentes der zumindest einen Weiche (3) im Winter entspricht, wobei die funktionsrelevante Stelle (19) mindestens einen Bewertungspunkt (37, 38, 39, 40, 41, 42, 43) aufweist, wobei das zumindest eine Weichensegment repräsentativ die zumindest eine Weiche (3) thermodynamisch abbildet, wobei das zumindest eine Weichensegment in der Nähe des zumindest einen Weichentemperatursensors (15, 18) angeordnet ist,
  2. b) Bilden eines Wärmenetzes (26, 27) für das zumindest eine Weichensegment für die linke Seite (5) der zumindest einen Weiche (3) und/oder für die rechte Seite (6) der zumindest einen Weiche (3), wobei das Wärmenetz (26, 27) Wärmeerzeugungselemente, Wärmeübertragungselemente und Wärmespeicher (32) aufweist, und Zuordnen des jeweils zumindest ersten Knoten (K) der jeweiligen Abschnitte des zumindest einen Weichensegments zu mindestens einem Bewertungspunkt (37, 38, 39, 40, 41, 42, 43), wobei alle Knoten (K) der einzelnen Abschnitte über Maschen zu dem Wärmenetz (26, 27) so verbunden werden, dass die Differenz aller vorzeichenbehafteten Temperaturen gleich Null ist,
  3. c) Berechnen des zeitlichen Verlaufs einer optimalen spezifischen Leistung (Pop ) des zumindest einen Weichensegments und der jeweiligen optimalen Weichentemperatur an dem zumindest einen ersten Knoten der Weichenheizung (1) an dem zumindest einen Weichensegment über eine Leistungsbilanz gemäß eines Knotensatzes, und bei Betrieb Aktivieren dieser optimalen spezifischen Leistung an der zugehörigen Heizeinrichtung (14) mittels Produkt aus realer spezifischer Leistung der Heizeinrichtung (14), die der maximalen spezifischen Leistung entspricht, und einem Leistungsverhältnis, wobei das Leistungsverhältnis variabel zwischen 25 % und 100 % der realen spezifischen Leistung entspricht,
  4. d) Erfassen des zeitlichen Verlaufs der realen Weichentemperatur an dem zumindest einen Weichensegment mit dem zumindest einen Weichentemperatursensor (28) und Korrigieren der berechneten Weichentemperatur an einem der zumindest ersten Knoten des zumindest einen Weichensegments über Leistung Konvektionswärme wenn berechnete Weichentemperatur größer ist als reale Weichentemperatur oder Leistung Strahlungswärme des Wärmenetzes wenn berechnete Weichentemperatur kleiner ist als reale Weichentemperatur,
  5. e) Berechnen der Weichenendtemperatur an zumindest einem zweiten Knoten des zumindest einen Weichensegments und Vergleichen der berechneten Weichenendtemperatur mit einer parametrierten Weichenmindesttemperatur für diesen zumindest einen zweiten Knoten, wobei bei Nichterreichen der Weichenmindesttemperatur der Weiche (3) eine parametrierbare Weichensolltemperatur um einen Weichensolltemperatur-Korrekturfaktor so lange erhöht wird, bis die jeweilige berechneten Weichenendtemperatur der Weiche (3) zumindest der Weichenmindesttemperatur der Weiche (3) entspricht,
  6. f) Berechnen der Anheizzeit für das Erwärmen des zumindest einen Weichensegments bis zu der parametrierbaren Weichensolltemperatur der Weiche (3) und Bewerten der berechneten Anheizzeit bei parametrierbarer Weichensolltemperatur, wobei bei einem Defizit die optimale spezifische Leistung erhöht und bei einem Überschuss die optimale spezifische Leistung verringert wird.,
  7. g) Berechnen der Anheizzeit für das Erwärmen des zumindest einen Weichensegments bis zu der parametrierbaren Weichenmindesttemperatur der Weiche (3) und Bewerten der erforderliche spezifische Leistung aus Erhaltungsleistung und Schmelzleistung für den bis dahin gefallenen Schnee mit der spezifischen Leistung (P) bei parametrierbarer Weichenmindesttemperatur, wobei bei einem Defizit die optimale spezifische Leistung erhöht oder eine Meldung „gefallene Schneemenge ist zu groß und wird nicht geschmolzen“ erzeugt wird.
The above object is achieved in a first aspect of the present invention by a method for controlling and regulating a point heater ( 1 ) solved, the point heater ( 1 ) at least one on at least one switch ( 3rd ) arranged heating device ( 14 ), at least one switch temperature sensor ( 28 ) on at least one switch ( 3rd ), at least one energy distribution with at least one heating outlet per switch ( 3rd ) and has at least one control device for controlling and regulating the switch temperature, comprising the steps:
  1. a) Define at least one turnout segment for the left side ( 5 ) of at least one switch ( 3rd ) and / or for the right side ( 6 ) of at least one switch ( 3rd ) with a specific length, the switch segment of the at least one switch ( 3rd ) a stock rail ( 7 ), a tongue splint ( 8th ), a sliding chair plate ( 9 ) and at least one heater ( 14 ), and breaking down the at least one turnout segment into individual sections, each with at least one first node, the at least one function-relevant point ( 19th ) of the turnout segment of the at least one turnout ( 3rd ) in winter, with the functionally relevant position ( 19th ) at least one evaluation point ( 37 , 38 , 39 , 40 , 41 , 42 , 43 ), the at least one switch segment representing the at least one switch ( 3rd ) depicts thermodynamically, the at least one switch segment in the vicinity of the at least one switch temperature sensor ( 15 , 18th ) is arranged,
  2. b) forming a heating network ( 26 , 27 ) for the at least one turnout segment for the left side ( 5 ) of at least one switch ( 3rd ) and / or for the right side ( 6 ) of at least one switch ( 3rd ), the heating network ( 26 , 27 ) Heat generating elements, heat transfer elements and heat storage ( 32 ) and assigning the at least first node ( K ) of the respective sections of the at least one turnout segment for at least one evaluation point ( 37 , 38 , 39 , 40 , 41 , 42 , 43 ), with all nodes ( K ) of the individual sections via meshes to the heating network ( 26 , 27 ) are connected so that the difference between all signed temperatures is zero,
  3. c) calculating the time course of an optimal specific performance ( P op ) of the at least one turnout segment and the respective optimal turnout temperature at the at least one first node of the turnout heater ( 1 ) on the at least one turnout segment via a power balance according to a set of nodes, and during operation activating this optimal specific power on the associated heating device ( 14 ) by means of a product of the real specific performance of the heating device ( 14 ), which corresponds to the maximum specific power and a power ratio, the power ratio being variable between 25% and 100% of the real specific power,
  4. d) detecting the time course of the real switch temperature on the at least one switch segment with the at least one switch temperature sensor ( 28 ) and correcting the calculated switch temperature at one of the at least first nodes of the at least one switch segment via the power of convection heat if the calculated switch temperature is greater than the real switch temperature or the radiant heat output of the heating network if the calculated switch temperature is less than the real switch temperature,
  5. e) calculating the turnout temperature at at least one second node of the at least one turnout segment and comparing the calculated turnout temperature with a parameterized minimum turnout temperature for this at least one second node, if the minimum switch temperature of the switch is not reached ( 3rd ) a parameterizable turnout target temperature is increased by a turnout target temperature correction factor until the respective calculated turnout end temperature of the turnout ( 3rd ) at least the minimum switch temperature of the switch ( 3rd ) corresponds to
  6. f) calculating the heating-up time for heating the at least one turnout segment up to the parameterizable turnout setpoint temperature of the turnout ( 3rd ) and evaluation of the calculated heating-up time with parameterizable set point temperature, whereby the optimal specific power is increased in the case of a deficit and the optimal specific power is reduced in the case of a surplus.,
  7. g) calculating the heating-up time for heating the at least one switch segment up to the parameterizable minimum switch temperature of the switch ( 3rd ) and evaluating the required specific performance from maintenance performance and melting performance for the snow that has been fallen up to that point with the specific performance ( P ) with configurable minimum switch temperature, whereby in the event of a deficit the optimal specific output increases or a message "fallen amount of snow is too large and will not melt" is generated.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, eine Weichenheizung (1) in Abhängigkeit vorhandener oder vorgegebener projektspezifischer Parameter bzw. Witterungsbedingungen mittels des erfindungsgemäßen Wärmenetzmodells für jeweils ein Weichensegment für die linke Seite (5) einer Weiche (3) und/oder für die rechte Seite (6) einer Weiche (3), insbesondere für anliegende (an) und abliegende (ab) Zungenschiene (8), in den Bereichen der Weichenspitze (16), der Weichenmitte (17) und des Weichenendes (18) zu beheizen. Dabei können alle spezifischen Verlustleistungen an den Weichensegmenten bei entsprechenden Parametern ermittelt die optimalen Weichentemperaturen (Top ) an Knoten (K), die jeweils eine funktionsrelevante Stelle (19) des Weichensegmentes im Winter repräsentieren, berechnet werden.With the method according to the invention, it is possible to use a point heater ( 1 ) depending on existing or specified project-specific parameters or weather conditions by means of the heat network model according to the invention for one turnout segment for the left side ( 5 ) a turnout ( 3rd ) and / or for the right side ( 6 ) a turnout ( 3rd ), in particular for adjacent ( on ) and remote ( ab ) tongue rails ( 8th ), in the areas of the turnout tip ( 16 ), the middle of the switch ( 17th ) and the turnout end ( 18th ) to heat. All specific power losses on the turnout segments can be determined with the appropriate parameters and the optimal turnout temperatures ( T op ) at nodes ( K ), each with a functionally relevant position ( 19th ) of the turnout segment in winter.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist grundsätzlich dazu ausgelegt, das erfindungsgemäße Wärmenetzmodell alleine mit einem Weichensegment für die linke Seite (5) einer Weiche (3) oder für die rechte Seite (6) einer Weiche (3) zu erstellen. In diesem Fall wird eine der beiden Seiten (5, 6) der Weiche (3) betrachtet und dabei davon ausgegangen, dass es sich bei der ausgewählten Seite (5, 6) der Weiche (3) um die bezüglich des Erwärmungsverlaufes positivere der beiden Seiten (5, 6) der Weiche (3) handelt. Somit wird eine notwendige Reserve eingerechnet.The method according to the invention is basically designed to use the heat network model according to the invention alone with a switch segment for the left side ( 5 ) a turnout ( 3rd ) or for the right side ( 6 ) a turnout ( 3rd ) to create. In this case one of the two sides ( 5 , 6 ) the switch ( 3rd ) and assuming that the selected page ( 5 , 6 ) the switch ( 3rd ) by the more positive of the two sides with regard to the heating process ( 5 , 6 ) the switch ( 3rd ) acts. A necessary reserve is thus included.

Besonders bevorzugt ist es jedoch, wenn das erfindungsgemäße Wärmenetzmodell mit jeweils einem Weichensegment für die linke Seite (5) einer Weiche (3) und für die rechte Seite (6) einer Weiche (3) erstellt wird, da hiermit das Potential der vorliegenden Erfindung noch besser ausgeschöpft werden kann. Im Folgenden wird von der besonders bevorzugten Variante ausgegangen, ohne die Möglichkeit der alleinigen Betrachtung eines Weichensegments für nur eine Seite auszuschließen.However, it is particularly preferred if the heat network model according to the invention each has a switch segment for the left side ( 5 ) a turnout ( 3rd ) and for the right side ( 6 ) a turnout ( 3rd ) is created, since this enables the potential of the present invention to be exploited even better. In the following, the particularly preferred variant is assumed, without excluding the possibility of viewing a turnout segment for only one side.

Darüber hinaus kann die bei Betrieb der Weichenheizung (1) erforderliche Leistung der einzelnen Heizeinrichtungen (29) über die spezifische Leistung der Länge eines Weichensegmentes berechnet, durch Bewertung der Weichentemperatur der Weiche (3) an jeweils einem Weichensegment der linken Seite (5) und der rechten Seite (6) die Stellung der Weiche, das heißt der Zungenschiene anliegend oder abliegend, ermittelt und die Leistung der Heizeinrichtung (29) für die linke Seite (5) und die rechte Seite (6) so angepasst werden, dass die funktionsrelevanten Stellen (19) der Weiche (3) über deren gesamte Länge gleiche Weichentemperaturen aufweisen und damit mit maximal gleicher Leistung der Heizeinrichtung (29) gegenüber dem Stand der Technik eine höhere Verfügbarkeit im Winter über den gesamten Betriebstemperaturbereich im automatischen Betrieb der Weichenheizung (1) erreicht wird.In addition, when operating the point heater ( 1 ) required performance of the individual heating devices ( 29 ) calculated via the specific power of the length of a turnout segment, by evaluating the turnout temperature of the turnout ( 3rd ) on each turnout segment on the left side ( 5 ) and the right side ( 6 ) determines the position of the switch, i.e. the tongue rail adjacent or lying, and the performance of the heating device ( 29 ) for the left side ( 5 ) and the right side ( 6 ) are adjusted so that the functionally relevant positions ( 19th ) the switch ( 3rd ) have the same switch temperatures over their entire length and thus with the same maximum power of the heating device ( 29 ) compared to the prior art, higher availability in winter over the entire operating temperature range in the automatic operation of the point heater ( 1 ) is reached.

Erfindungswesentlich ist, dass die gesamte Weiche (3) repräsentativ durch zumindest ein Weichensegment abgebildet wird, welches sowohl die linke Seite (5) der Weiche (3) als auch die rechte Seite (6) der Weiche (3) einbezieht. Auf diese Weise kann das erfindungsgemäße Wärmenetz (26, 27) über einen repräsentativen Querschnitt der Weiche (3) gebildet werden, mit welchem die Erwärmung der gesamten Weiche (3) möglichst gleichmäßig ausgeführt wird und nicht nur einzelner Bereiche oder einer Seite einer Weiche wie im Stand der Technik.It is essential to the invention that the entire switch ( 3rd ) is representatively represented by at least one turnout segment, which both the left side ( 5 ) the switch ( 3rd ) as well as the right side ( 6 ) the switch ( 3rd ). In this way, the heating network according to the invention ( 26 , 27 ) over a representative cross section of the switch ( 3rd ) with which the heating of the entire turnout ( 3rd ) is carried out as evenly as possible and not just individual areas or one side of a switch as in the prior art.

In kalten Wintern bzw. bei extremen Wetterbedingungen wird durch die vorliegende Erfindung die Verfügbarkeit der Weichenheizung erhöht, wohingegen in milden Wintern oder Wetterperioden ohne extreme Wetterbedingungen deutliche Energieeinsparungen realisiert und Leistungsspitzen im Netz vermieden werden können.In cold winters or in extreme weather conditions, the availability of the point heater is increased by the present invention, whereas in mild winters or weather periods without extreme weather conditions, significant energy savings can be realized and power peaks in the network can be avoided.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird in Abhängigkeit vorhandener oder vorgegebener projektspezifischer Parameter bzw. Witterungsbedingungen durchgeführt, mittels des erfindungsgemäßen Wärmenetzmodells für jeweils ein Weichensegment für anliegende (an) und abliegende (ab) Zungenschiene (8) in den Bereichen Weichenspitze (16), Weichenmitte(17) und Weichenende (18). Es werden alle spezifischen Verlustleistungen an dem Weichensegment bei entsprechenden Parametern ermittelt und die berechneten optimalen Weichentemperaturen (Top ) an Knoten (K), die jeweils eine funktionsrelevante Stelle (19) im Winter des Weichensegmentes repräsentieren, berechnet. The method according to the invention is carried out as a function of existing or predefined project-specific parameters or weather conditions, by means of the heat network model according to the invention for a switch segment for adjacent (on) and remote ( off ) tongue rails ( 8th ) in the areas of turnout tips ( 16 ), Switch center ( 17th ) and point end ( 18th ). All specific power losses on the turnout segment are determined with appropriate parameters and the calculated optimal turnout temperatures ( T op ) at nodes ( K ), each with a functionally relevant position ( 19th ) in the winter of the turnout segment, calculated.

Die bei Betrieb erforderliche Leistung der Heizeinrichtungen (14) wird über die spezifische Leistung (P) der Länge von Weichensegmenten (Iseg ) berechnet und durch Bewertung der berechneten optimalen Weichentemperatur (Top ) an jeweils einem Weichensegment auf der linken Seite (5) der Weiche (3) und auf der rechten Seite (6) der Weiche (3) die Stellung der Weiche (3), das heißt die Stellung der Zungenschiene (8) anliegend (an) oder abliegend (ab), ermittelt, vorzugsweise am Bewertungspunkt Kopf-Zungenschiene (41). Die Leistung der Heizeinrichtung (14) für die linke Seite (5) der Weiche (3) und die rechte Seite (6) der Weiche (3) wird so angepasst, dass die funktionsrelevanten Stellen (19) an den Weichensegmenten Weichenspitze (16), Weichenmitte (17) und Weichenende (18) der linken Seite (5) und der rechten Seite (6) gleiche reale Weichentemperaturen (Tw) aufweisen, die zumindest der Schmelztemperatur von Schnee und/oder der Weichenmindesttemperatur entsprechen.The heater power required during operation ( 14 ) is about the specific performance ( P ) the length of turnout segments ( I seg ) calculated and by evaluating the calculated optimal switch temperature ( T op ) on each turnout segment on the left side ( 5 ) the switch ( 3rd ) and on the right side ( 6 ) the switch ( 3rd ) the position of the switch ( 3rd ), i.e. the position of the tongue rail ( 8th ) adjacent (on) or remote ( ab ), determined, preferably at the evaluation point head-tongue rail ( 41 ). The performance of the heater ( 14 ) for the left side ( 5 ) the switch ( 3rd ) and the right side ( 6 ) the switch ( 3rd ) is adjusted so that the functionally relevant points ( 19th ) on the turnout segments turnout tip ( 16 ), Switch center ( 17th ) and point end ( 18th ) the left side ( 5 ) and the right side ( 6 ) same real turnout temperatures ( Tw ) which correspond at least to the melting temperature of snow and / or the minimum switch temperature.

Über den gesamten Winter (d.h. über die wesentliche Einsatzperiode der Weichenheizung (1)) wird die Zeit überwacht, die bei Betrieb benötigt wird, um die funktionsrelevanten Stellen (19) der Weiche (3) von der Weichentemperatur der Weiche (3) „kalte Schiene (TK )“ bis zum Erreichen einer parametrierbaren Schienenmindesttemperatur (Tmin ) der Weiche (3) zu beheizen, unter Berücksichtigung der Schmelzleistung (TSm ) von Schnee und der Verdampfungsleistung von Wasser. Es werden dann Maßnahmen eingeleitet, wenn diese Zeit zu groß ist oder die während dieser Zeit vorhandene Schneemenge (hS ) nicht vollständig geschmolzen wird.Over the entire winter (ie over the main period of use of the point heating ( 1 )) the time that is required during operation to monitor the functionally relevant points ( 19th ) the switch ( 3rd ) of the turnout temperature of the turnout ( 3rd ) "Cold rail ( T K ) “Until a parameterizable minimum rail temperature is reached ( T min ) the switch ( 3rd ) to be heated, taking into account the melting capacity ( T Sm ) of snow and the evaporation capacity of water. Measures are taken if this time is too long or if the amount of snow ( h p ) is not completely melted.

Wenn aufgrund von Wettervorhersagen mit der maximalen spezifischen Leistung der Heizeinrichtungen (14) die Schienenmindesttemperatur (Tmin ) der Weiche (3) nicht erreicht wird oder die Schneemenge (hS ) nicht vollständig geschmolzen wird, wird die erfindungsgemäße Weichenheizung (1) über ein zusätzliche Heizanforderung „Vorheizen“ mit einer zweiten berechneten Schienensolltemperatur (TSoll-Vor ) der Weiche (3) in Betrieb gesetzt, so dass bei tatsächlich eintretender Heizanforderung die Bedingungen erfüllt werden. Hiermit wird bereits im Vorfeld agiert, anstelle nur auf eine sich ändernde Wetterbeindung zu reagieren, wie das im Stand der Technik der Fall ist. If, based on weather forecasts, the maximum specific power of the heaters ( 14 ) the minimum rail temperature ( T min ) the switch ( 3rd ) is not reached or the amount of snow ( h p ) is not completely melted, the point heater according to the invention ( 1 ) via an additional heating request "preheating" with a second calculated rail target temperature ( T target forward ) the switch ( 3rd ) put into operation so that the conditions are met when the heating request actually occurs. This is done in advance, instead of just reacting to changing weather conditions, as is the case in the prior art.

Bei Beginn des Betriebes aufgrund einer Heizanforderung „Vorheizen“, beispielsweise durch Schneefall, werden vorzugsweise ein erstes Paar Heizeinrichtungen (14), beispielsweise die Heizeinrichtungen (14) an den Backenschienen (7) mit einer optimalen spezifischen Heizleistung (Pop ) aktiviert und bei Erreichen der Schienensolltemperatur (TSoll ) der Weiche (3) ein zweites Paar Heizeinrichtung (14), beispielsweise an den Zungenschienen (8) oder den Gleitstuhlplatten (9) aktiviert. Auf diese Weise wird eine Erhöhung der Anschlussleistung der erfindungsgemäßen Weichenheizung (1) gegenüber dem Stand der Technik vermieden, indem das erste Paar Heizeinrichtung (14) und das zweite Paar Heizeinrichtung (14) zeitversetzt oder mit anteiliger spezifischer Leistung aktiviert werden, indem bei Zweipunktregelung in den Heizpausen eines Paares von Heizeinrichtungen (14) das andere Paar von Heizeinrichtungen (14) aktiviert wird oder Gruppenbetrieb oder Leistungsabsenkung in Abhängigkeit der Art der Heizeinrichtung (14) stattfindet.At the start of operation due to a "preheating" heating request, for example due to snow, a first pair of heating devices ( 14 ), for example the heating devices ( 14 ) on the stock rails ( 7 ) with an optimal specific heating output ( P op ) activated and when the target rail temperature is reached ( T target ) the switch ( 3rd ) a second pair of heaters ( 14 ), for example on the tongue rails ( 8th ) or the sliding chair plates ( 9 ) activated. In this way, an increase in the connected load of the point heater according to the invention ( 1 ) compared to the prior art avoided by the first pair of heating device ( 14 ) and the second pair of heating devices ( 14 ) can be activated with a time delay or with proportional specific power by using two-point control during the heating breaks of a pair of heating devices ( 14 ) the other pair of heaters ( 14 ) is activated or group operation or power reduction depending on the type of heating device ( 14 ) takes place.

Ein Weichensegment wird in der Nähe eines Weichentemperatursensors (28) angeordnet und die damit zeitlich erfassten Weichentemperaturen (TW ) der Weiche (3) werden mit berechneten optimalen Weichentemperaturen (Top ) verifiziert. Bei möglichen Weichentemperaturdifferenzen (ΔTW ) werden die berechneten optimalen Weichentemperaturen (T op ) der Weiche (3) über Leistung Konvektionswärme (PK ) oder über Leistung Strahlung (PSt ) korrigiert.A turnout segment is placed near a turnout temperature sensor ( 28 ) and the turnout temperatures recorded over time ( T W ) the switch ( 3rd ) are calculated with calculated optimal switch temperatures ( T op ) verified. With possible switch temperature differences ( ΔT W ) the calculated optimal turnout temperatures ( T op ) the switch ( 3rd ) about convection heat output ( P K ) or about power radiation ( P St ) corrected.

Die Berechnung erfolgt mittels erfindungsgemäßem Wärmenetzmodell für ein Weichensegment unter Verwendung eines Mikrocontrollers für eine Weiche (3) oder für mehrere Weichen (3) einer erfindungsgemäßen Weichenheizung (1), wobei der Mikrocontroller unmittelbar neben der Weiche (3) angeordnet und über Kommunikationsmittel mit der Steuereinheit in der Verteilung verbunden ist. Der Mikrocontroller enthält Schaltgeräte oder Steuergeräte zum Schalten und Steuern der Heizeinrichtungen (14) in Abhängigkeit der Art der Heizeinrichtungen (14).The calculation is carried out by means of the heat network model according to the invention for a turnout segment using a microcontroller for a turnout ( 3rd ) or for several turnouts ( 3rd ) a point heater according to the invention ( 1 ), the microcontroller directly next to the switch ( 3rd ) arranged and connected to the control unit in the distribution via communication means. The microcontroller contains switching devices or control devices for switching and controlling the heating devices ( 14 ) depending on the type of heating equipment ( 14 ).

Für den speziellen Fall, dass für das Verfahren noch keine Heizanforderung und eine Wetterwarnung vorliegt, umfasst das erfindungsgemäße Verfahren Ferner Schritt

  • h) Berechnen der spezifischen Schmelzleistung für die während der Anheizzeit am Weichensegment berechneten Schneemenge aus einer gemeldeten Schneehöhe pro Zeiteinheit und Berechnen der spezifischen Erhaltungsleistung zur Erhaltung der Schmelztemperatur an dem Weichensegment und Vergleich der Summe dieser mit der realen spezifischen Leistung der Heizeinrichtung (14) und, wenn die reale spezifische Leistung der Heizeinrichtung (14) geringer ist, Aktivieren der Weichenheizung (1) mit einer zweiten Weichensolltemperatur, die so groß ist, dass bei Betrieb die spezifische Leistung der Heizeinrichtung (14) zumindest gleich der Summe aus spezifischer Schmelzleistung und Erhaltungsleistung ist.
For the special case that the method does not yet have a heating requirement and a weather warning, the method according to the invention further comprises step
  • h) Calculation of the specific melting capacity for the amount of snow calculated during the heating-up period on the switch segment from a reported snow depth per unit of time and calculation of the specific maintenance output for maintaining the melting temperature on the switch segment and comparing the sum of these with the real specific output of the heating device ( 14 ) and if the real specific performance of the heater ( 14 ) is lower, activate the point heater ( 1 ) with a second set point temperature that is so high that the specific output of the heating device ( 14 ) is at least equal to the sum of the specific melting performance and the maintenance performance.

In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfassen die Wärmeerzeugungselemente die spezifische Leistung der zumindest einen Heizeinrichtung (29) mit einem Wärmespeicher des Weichensegments und eine Wärmeübertragung durch Wärmestrahlung. Alternativ oder zusätzlich und/oder umfassen die Wärmeübertragungselemente Wärmewiderstände an der Weiche (3) aus den Stoffeigenschaften, den geometrischen Größen und den vorherrschenden Belastungen durch Wärmeübertragung und Umwelt an dem zumindest einen Weichensegment. Durch diese Weiterbildung ergibt sich vorteilhafterweise ein geringerer Aufwand für die Berechnungssoftware.In a development of the method according to the invention, the heat generating elements comprise the specific output of the at least one heating device ( 29 ) with a heat accumulator of the turnout segment and heat transfer by heat radiation. Alternatively or additionally and / or the heat transfer elements comprise thermal resistances on the switch ( 3rd ) from the material properties, the geometric sizes and the prevailing loads due to heat transfer and the environment on the at least one switch segment. This development advantageously results in less effort for the calculation software.

In Schritt f) des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorzugsweise
die Anheizzeit für das Erwärmen des zumindest einen Weichensegments aus der Summe einzelner Heizzeiten für das zumindest eine Weichensegment für dessen Erwärmen, für das Schmelzen von Schnee und für das Verdampfen von Wasser an diesem berechnet wird, und/oder
die Anheizzeit durch Erhöhen des Leistungsverhältnisses und/oder Umschalten von Regelbetrieb auf Dauerbetrieb erhöht und/oder durch Verringern des Leistungsverhältnisses verringert wird.
In step f) of the method according to the invention can preferably
the heating-up time for heating the at least one turnout segment is calculated from the sum of individual heating times for the at least one turnout segment for heating it up, for melting snow and for evaporating water on it, and / or
the heating-up time is increased by increasing the power ratio and / or switching from control mode to continuous operation and / or is reduced by reducing the power ratio.

Bei hoher Anheizzeit, bspw. größer als 20 Minuten, ist die Funktion der Weiche (3) im Winter nicht nur in den 20 Minuten, sondern darüber hinaus gefährdet, weil der Schnee eine Art Iglu bildet und die Weichenheizung (1) nicht in der Lage ist, dieses nachträglich zu schmelzen.With a long heating-up time, e.g. greater than 20 minutes, the function of the switch ( 3rd ) in winter not only in the 20 minutes, but also endangered because the snow forms a kind of igloo and the point heater ( 1 ) is not able to melt it afterwards.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren bei aktiver Heizung ferner die Schritte

  • i) Berechnen einer Schmelzleistung für gefallenen Schnee in einer parametrierbaren Zeitspanne und Vergleichen dieser Schmelzleistung mit der Differenz aus spezifischer Leistung und einer berechneten Erhaltungsleistung, wobei bei einem Defizit der spezifischen Leistung die Leistung erhöht und/oder ein Dauerheizen begonnen und/oder eine erste Warnmeldung ausgegeben wird, und/oder
  • j) Vergleichen der berechneten Anheizzeit mit einer parametrierten maximalen Anheizzeit, wobei bei einem Defizit der spezifischen Leistung die Leistung erhöht und/oder ein Dauerheizen begonnen und/oder eine zweite Warnmeldung ausgegeben wird, und/oder
  • k) Berechnen der Schneehöhe aus der Differenz aus gefallener Schneehöhe und geschmolzener Schneehöhe pro Zeiteinheit und Vergleichen der berechneten Schneehöhe mit einer parametrierbaren maximal zulässigen Schneehöhe, wobei bei einem Defizit der spezifischen Leistung die Leistung erhöht und/oder ein Dauerheizen begonnen und/oder eine dritte Warnmeldung ausgegeben wird.
In a preferred embodiment, the method according to the invention further comprises the steps when the heating is active
  • i) Calculating a melting capacity for fallen snow in a parameterizable period of time and comparing this melting capacity with the difference between the specific capacity and a calculated maintenance capacity, the capacity increasing and / or continuous heating being started and / or a first warning being output if the specific capacity is deficient will, and / or
  • j) comparing the calculated heating-up time with a parameterized maximum heating-up time, the output being increased in the event of a deficit in the specific power and / or continuous heating being started and / or a second warning message being output, and / or
  • k) Calculating the snow depth from the difference between the fallen snow depth and the melted snow depth per unit of time and comparing the calculated snow depth with a parameterizable maximum permitted snow depth, whereby if there is a deficit in the specific power, the power increases and / or continuous heating begins and / or a third warning message is issued.

Im Stand der Technik wird bei Heizanforderung im Regelbetrieb geheizt und bei langer Anheizzeit ab tiefen Umgebungstemperaturen kann die Schneemenge nicht geschmolzen werden. Dadurch wird die Weiche zugeschneit und ist nicht mehr stellbar. Vorteil der Erfindung ist die Vermeidung des Zuschneiens der Weiche im Betriebstemperaturbereich.In the prior art, heating is required in normal operation when the heating is requested and the amount of snow cannot be melted when the heating time is long from low ambient temperatures. As a result, the turnout is snowed over and is no longer adjustable. The advantage of the invention is that the switch is prevented from being covered with snow in the operating temperature range.

Vorteilhafterweise kann das Berechnen der Anheizzeit in Schritt f) die Unterschritte umfassen

  • f1) Berechnen der Totzeit für das zumindest eine Weichensegment aus dem zeitlichen Verlauf der Weichentemperatur der Weiche (3) bei optimaler oder realer spezifischer Leistung,
  • f2) Berechnen der Zeit tA1 zum Erwärmen des zumindest einen Weichensegments von der Weichentemperatur der kalten Schiene der Weiche (3) und der Schmelztemperatur bis zur Weichenmindesttemperatur an zumindest einen Knoten,
  • f3) Berechnen der Zeit tA2 zum Schmelzen der Schneemenge während des Schritts f2) aus der Differenz aus vorhandener spezifischer Leistung abzüglich der Leistung zur Erhaltung der Weichenmindesttemperatur des zumindest einen Weichensegments,
  • f4) Berechnen der Zeit tA3 zum Schmelzen des gefallenen Schnees während des Schritts f3) aus der Differenz aus vorhandener spezifischer Leistung abzüglich der Leistung zur Erhaltung der Weichenmindesttemperatur des zumindest einen Weichensegments,
  • f5) Berechnen der Zeit tA4 zum Erwärmen des zumindest einen Weichensegments von der Differenz Weichenmindesttemperatur bis zur Weichensolltemperatur an den Knoten mit dem Weichentemperatursensor der Weiche (3),
  • f6) Berechnen der Zeit tA5 zum Schmelzen des gefallenen Schnees während des Schritts f5) aus der Differenz aus vorhandener spezifischer Leistung abzüglich der Leistung zur Erhaltung der Weichenmindesttemperatur des zumindest einen Weichensegments.
The calculation of the heating time in step f) can advantageously include the sub-steps
  • f1) calculating the dead time for the at least one turnout segment from the time course of the turnout temperature of the turnout ( 3rd ) with optimal or real specific performance,
  • f2) Calculating the time t A1 for heating the at least one turnout segment from the turnout temperature of the cold rail of the turnout ( 3rd ) and the melting temperature up to the minimum switch temperature at at least one node,
  • f3) Calculating the time t A2 for melting the amount of snow during step f2) from the difference from the existing specific power minus the power for maintaining the minimum switch temperature of the at least one switch segment,
  • f4) Calculating the time t A3 for melting the fallen snow during step f3) from the difference from the existing specific power minus the power for maintaining the minimum switch temperature of the at least one switch segment,
  • f5) Calculating the time t A4 for heating the at least one turnout segment from the difference between the minimum switch temperature and the setpoint temperature at the nodes with the turnout temperature sensor of the turnout ( 3rd ),
  • f6) Calculating the time t A5 for melting the fallen snow during step f5) from the difference from the existing specific power minus the power for maintaining the minimum switch temperature of the at least one switch segment.

Das vorstehend beschriebene Berechnen der Anheizzeit in Schritt f) ermöglicht ein Überwachen und frühzeitiges Melden von Funktionsdefiziten der Weichenheizung (1) anstelle des Eintretens einer Störung.The above-described calculation of the heating time in step f) enables monitoring and early reporting of functional deficits in the point heating ( 1 ) instead of the occurrence of a fault.

Ein Teilaspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens bezieht sich auf eine Ermittlung der Betriebsgrenze Umgebungstemperatur (GW-Tu ) der Weichenheizung (1), umfassend

  • - Berechnen der optionalen Weichenendtemperaturen an zwei spezifischen Knoten des zumindest einen Weichensegments, welche dem Kopf-Backenschiene (20) und dem Kopf-Zungenschiene (21) als funktionsrelevante Stellen (19) der zumindest einen Weiche (3) entsprechen, wobei von der Weichenmindesttemperatur die berechneten Weichentemperaturen Kopf-Backenschiene und Kopf-Zungenschiene subtrahiert werden und die geringste davon der Betriebsgrenze-Umgebungstemperatur entspricht.
A partial aspect of the method according to the invention relates to a determination of the operating limit ambient temperature ( G W-Tu ) the point heater ( 1 ), full
  • - Calculating the optional turnout end temperatures at two specific nodes of the at least one turnout segment, which the head-stock rail ( 20th ) and the head-tongue rail ( 21 ) as functionally relevant positions ( 19th ) of at least one switch ( 3rd ), whereby the calculated switch temperatures of head-rail and head-tongue rail are subtracted from the minimum switch temperature and the lowest of these corresponds to the operating limit ambient temperature.

Ein erfindungsgemäßer Vorteil ist, dass vorhandene Weichenheizungen an die veränderten Witterungsbedingungen individuell und optimal angepasst werden können.An advantage according to the invention is that existing point heaters can be individually and optimally adapted to the changed weather conditions.

Ein anderer Teilaspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens bezieht sich auf eine Ermittlung der Betriebsgrenze Schneemenge (GW-hs ) der Weichenheizung (1), umfassend

  • - Berechnen einer spezifischen Erhaltungsleistung bei Weichenmindesttemperatur Tmin der Weiche (3), zuzüglich einer Weichenmindesttemperatur (TW-min ) Toleranz ΔTmin , am Backenschienenfuß, einer Schmelzleistung für die maximale Schneemenge oder die bis dahin erfasste Schneemenge sowie einer Verdampfungsleistung für Schmelzwasser, und Vergleich der Summe daraus mit der erforderlichen spezifischen Leistung der Heizeinrichtung (29) des zumindest einen Weichensegments, wenn die erforderliche spezifische Leistung der Heizeinrichtung kleiner ist als die Summe aus Erhaltungsleistung und Schmelzleistung und Verdampfungsleistung Betriebsgrenze Schneehöhe überschritten ist. Ein weiterer Teilaspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens bezieht sich auf eine projektspezifische Dimensionierung der Heizeinrichtungen (29) und deren erforderlicher spezifischer Leistung, umfassend - Berechnen einer spezifischen Leistung (P) der Heizeinrichtung zum Erreichen einer Weichensolltemperatur der Weiche (3) am Standort des Weichentemperatursensors und einer minimalen Weichentemperatur Tw-min der Weiche (3) an mindestes einem Kopf-Backenschiene (20) und/oder einem Kopf-Zungenschiene (21) für das zumindest eine Weichensegment über Berechnen der Summe aus Wärmeleitung, Strahlung und Konvektion in die Umgebung, Wärmekapazität und Latenter Wärme bei Schnee und Beregnung, bei vorhandenen Betriebsgrenzwerten aus minimaler Umgebungstemperatur, Schienenprofil, maximaler Windgeschwindigkeit und maximaler Schneehöhe pro Stunde, und
  • - Erhöhen der spezifischen Leistung, wenn die berechnete reale spezifische Leistung kleiner ist als die spezifische Leistung, die der erforderlichen Schmelzleistung der in der Anheizzeit, die ab minimaler Umgebungstemperatur bis zum Erreichen einer Schienentemperatur von mindestens 0 °C berechnet wird, für die Schneemenge, die sich aus dem Produkt aus Anheizzeit und Schneehöhe pro Stunde ergibt, und der Verdampfungsleistung von restlichem Schmelzwasser und der erforderlichen spezifischen Erhaltungsleistung für eine Schienentemperatur von 0 °C an den funktionsrelevanten Stellen des zumindest einen Weichensegments entspricht.
Another aspect of the method according to the invention relates to a determination of the operating amount of snow ( G W-hs ) the point heater ( 1 ), full
  • - Calculate a specific maintenance performance at minimum switch temperature T min the soft ( 3rd ), plus a minimum switch temperature ( T W-min ) Tolerance ΔT min , on the stock rail base, a melting capacity for the maximum amount of snow or the amount of snow recorded up to that point, and an evaporation capacity for melting water, and comparison of the sum thereof with the required specific capacity of the heating device ( 29 ) of the at least one turnout segment if the required specific output of the heating device is less than the sum of the maintenance output and the melting output and the evaporation output operating limit of snow depth is exceeded. Another aspect of the method according to the invention relates to project-specific dimensioning of the heating devices ( 29 ) and their required specific performance, comprising - calculating a specific performance ( P ) of the heating device to achieve a set point temperature of the turnout ( 3rd ) at the location of the turnout temperature sensor and a minimum turnout temperature T w-min the soft ( 3rd ) on at least one head-stock rail ( 20th ) and / or a head-tongue rail ( 21 ) for the at least one turnout segment by calculating the sum of heat conduction, radiation and convection into the environment, heat capacity and latent heat in snow and irrigation, with existing operating limit values from minimum ambient temperature, rail profile, maximum wind speed and maximum snow depth per hour, and
  • - Increase the specific output if the calculated real specific output is less than the specific output, the required melting output in the heating-up time, which is calculated from the minimum ambient temperature until a rail temperature of at least 0 ° C is reached, for the amount of snow arises from the product of heating time and snow depth per hour, and corresponds to the evaporation capacity of the remaining melt water and the required specific maintenance capacity for a rail temperature of 0 ° C at the functionally relevant points of the at least one turnout segment.

Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass Weichenheizungen (1) entsprechend den speziellen lokalen Umgebungsbedingungen ausgeführt werden können, bspw. im Gebirge anders als im Flachland.This has the advantage that point heaters ( 1 ) can be carried out according to the specific local environmental conditions, for example in the mountains differently than in the lowlands.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens

  • - bei Betrieb der Weichenheizungsanlage (1) ein Einstellen der optimalen spezifischen Leistung für die Heizeinrichtungen (29), die dem Produkt aus spezifischer Leistung und einem Leistungsverhältnis von 25% bis 100 % entspricht, über die jeweiligen Schaltgeräte zum Einschalten und Ausschalten der Heizeinrichtungen (29) mittels Verändern der Einschaltdauer oder der Frequenz oder der Pulsweite oder Wellenpaketsteuerung oder Gruppenbetrieb erfolgt, und/oder
  • - das Leistungsverhältnis zwischen 25 % und 100 % beträgt, wobei bei Betrieb der Weichenheizungsanlage (1) die spezifische Leistung P der linken Seite (5) der Weiche (3) und der rechten Seite (6) der Weiche (3) maximal dem Mittelwert und/oder Meridian der spezifischen Leistung der Heizeinrichtung (29) entspricht, und/oder
  • - bei Betrieb der Weichenheizungsanlage (1) die berechnete spezifische Leistung Pop für die linke Seite (5) der Weiche (3) und die rechte Seite (6) der Weiche (3) maximal der spezifischen Leistung (P) der Heizeinrichtungen (29) entspricht, oder eine spezifische Leistungsdifferenz für die linke Seite (5) der Weiche (3) oder die rechte Seite (6) der Weiche (3) aus der Differenz von spezifischer Leistung (P) der Heizeinrichtungen (14) abzüglich berechneter spezifischer Leistung (Pop ) berechnet wird und bei positiver spezifischer Leistungsdifferenz der linken Seite (5) der Weiche (3) oder der rechten Seite (6) der Weiche (3) diese spezifische Leistungsdifferenz der jeweiligen anderen Seite der Weiche (3) zusätzlich zur spezifischen Leistung (P) der Heizeinrichtung (14) zu Verfügung gestellt wird, so dass ein gleichmäßiger zeitlicher Verlauf der Schienentemperaturen der Weiche (3) an der linken Seite (5) der Weiche (3) und an der rechten Seite (6) der Weiche (3) an den funktionsrelevanten Stellen der Weiche (3) erfolgt.
In a preferred embodiment of the method according to the invention
  • - when operating the point heating system ( 1 ) setting the optimal specific power for the heaters ( 29 ), which corresponds to the product of specific performance and a performance ratio of 25% to 100%, via the respective switching devices for switching the heating devices on and off ( 29 ) by changing the duty cycle or the frequency or the pulse width or wave packet control or group operation, and / or
  • - the performance ratio is between 25% and 100%, whereby when operating the point heating system ( 1 ) the specific performance P the left side ( 5 ) the switch ( 3rd ) and the right side ( 6 ) the switch ( 3rd ) maximum the mean and / or meridian of the specific performance of the heating device ( 29 ) corresponds, and / or
  • - when operating the point heating system ( 1 ) the calculated specific power Pop for the left side ( 5 ) the switch ( 3rd ) and the right side ( 6 ) the switch ( 3rd ) maximum of specific performance ( P ) of the heating devices ( 29 ) or a specific power difference for the left side ( 5 ) the switch ( 3rd ) or the right side ( 6 ) the switch ( 3rd ) from the difference of specific performance ( P ) of the heating devices ( 14 ) minus calculated specific performance ( P op ) is calculated and if there is a positive specific power difference on the left side ( 5 ) the switch ( 3rd ) or the right side ( 6 ) the switch ( 3rd ) this specific power difference of the other side of the switch ( 3rd ) in addition to the specific performance ( P ) of the heating device ( 14 ) is made available, so that the rail temperatures of the turnout ( 3rd ) on the left side ( 5 ) the switch ( 3rd ) and on the right side ( 6 ) the switch ( 3rd ) at the functionally relevant points of the switch ( 3rd ) he follows.

Die vorstehend genannte Aufgabe wird in einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung durch eine Einrichtung zur Steuerung und Regelung einer Weichenheizung (1) gelöst, wobei die Weichenheizung (1) mindestens eine an zumindest einer Weiche (3) angeordnete Heizeinrichtung (14), zumindest einen Weichentemperatursensor (28) an der zumindest einen Weiche (3), zumindest eine Energieverteilung mit mindestens einem Heizabgang pro Weiche (3) und zumindest eine Steuereinrichtung zum Steuern und Regeln der Weichentemperatur aufweist, umfassend:

  • - eine CPU zur Berechnung der Weichentemperaturen der Weiche (3) für zumindest ein Weichensegment, die mit der Steuereinrichtung über Kommunikationsmittel verbunden ist,
  • - zumindest einen abseits der Weiche (3) angeordneten Anschlusskasten, der mindestens ein Schaltgerät aufweist, das über Leitungen mit den Heizeinrichtungen (29) der Weiche (3) verbunden sind, sowie Messmittel zur zeitlichen Erfassung von Betriebsstrom, Spannung und Isolationswiderstand und Mittel zur Begrenzung der maximalen Leistung aufweist,
  • - zumindest ein Kommunikationsmittel, das in dem Anschlusskasten angeordnet und mit der Steuereinheit verbunden ist,
  • - zumindest einen Niederschlagsensor zur Erfassung von Niederschlagsart und Niederschlagsmenge, der mit der Steuereinheit verbunden ist.
The above object is achieved in a second aspect of the present invention by a device for controlling and regulating a point heater ( 1 ) solved, the point heater ( 1 ) at least one on at least one switch ( 3rd ) arranged heating device ( 14 ), at least one switch temperature sensor ( 28 ) on the at least one switch ( 3rd ), at least one energy distribution with at least one heating outlet per switch ( 3rd ) and has at least one control device for controlling and regulating the switch temperature, comprising:
  • - a CPU for calculating the switch temperatures of the switch ( 3rd ) for at least one turnout segment, which is connected to the control device via communication means,
  • - at least one off the switch ( 3rd ) arranged junction box, which has at least one switching device that connects to the heating devices ( 29 ) the switch ( 3rd ) are connected, as well as measuring means for the temporal recording of operating current, voltage and insulation resistance and means for limiting the maximum power,
  • at least one communication means, which is arranged in the connection box and connected to the control unit,
  • - At least one precipitation sensor for recording the type and amount of precipitation, which is connected to the control unit.

Die erfindungsgemäße Einrichtung weist grundsätzlich die gleichen Vorteile auf wie das erfindungsgemäße Verfahren. Insbesondere stellt die die erfindungsgemäße Einrichtung die apparative Grundlage bereit, um eine Weiche (3) repräsentativ durch ein Weichensegment abzubilden, welches sowohl die linke Seite (5) der Weiche (3) als auch die rechte Seite (6) der Weiche (3) einbezieht. Auf diese Weise kann das erfindungsgemäße Wärmenetz (26, 27) über einen repräsentativen Querschnitt der Weiche (3) gebildet werden, mit welchem durch die erfindungsgemäße Einrichtung die Erwärmung der gesamten Weiche (3) möglichst gleichmäßig ausgeführt wird.The device according to the invention basically has the same advantages as the method according to the invention. In particular, the device according to the invention provides the equipment basis for a switch ( 3rd ) representatively represented by a switch segment, which both the left side ( 5 ) the switch ( 3rd ) as well as the right side ( 6 ) the switch ( 3rd ). In this way, the heating network according to the invention ( 26 , 27 ) over a representative cross section of the switch ( 3rd ) are formed with which the device according to the invention heats the entire switch ( 3rd ) is carried out as evenly as possible.

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:

  • 0 eine schematische Draufsicht auf eine Weiche 3,
  • 1 eine schematische Schnittdarstellung eines Weichensegments mit anliegender Zungenschiene 10 und abliegender Zungenschiene 11,
  • 2 eine zeitliche Darstellung der Erwärmung einer Weiche 3 mit einer Weichenheizung entsprechend dem Stand der Technik,
  • 3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Wärmenetzes 26, 27 für ein Weichensegment der Weiche 3 bestehend aus Backenschiene 7, Zungenschiene 8, Gleitstuhlplatte 9 und Heizeinrichtung 14,
  • 4 ein Modell zur Berechnung der Anheizzeit mit und/ ohne Schnee,
  • 5 ein Beispiel für einen Programmablaufplan zur Dimensionierung der Leistung einer Heizeinrichtung 14 in Abhängigkeit projektspezifischer Betriebsgrenzwerte.
  • 6 ein Beispiel für einen Programmablaufplan zur Bewertung der Funktion der Weichenheizung 1 in Abhängigkeit der Witterung und damit Nachweis der Verfügbarkeit der Weiche 3 im Winter mit vorhandener Leistung der Heizeinrichtung 14 und
  • 7 ein Beispiel für einen Programmablaufplan (zur besseren Übersicht auf zwei Seiten verteilt) zur Steuerung und Regelung einer erfindungsgemäßen Weichenheizung 1.
Further objectives, features, advantages and possible applications result from the following description of exemplary embodiments not restricting the invention with reference to the figures. All of the described and / or illustrated features, alone or in any combination, form the subject matter of the invention, regardless of their combination in the claims or their relationship. Show it:
  • 0 a schematic plan view of a switch 3rd ,
  • 1 is a schematic sectional view of a switch segment with adjacent tongue rail 10th and remote tongue rail 11 ,
  • 2nd a temporal representation of the heating of a switch 3rd with a point heater according to the state of the art,
  • 3rd is a schematic representation of a heating network according to the invention 26 , 27 for a turnout segment of the turnout 3rd consisting of stock rail 7 , Tongue rail 8th , Sliding chair plate 9 and heating device 14 ,
  • 4th a model for calculating the heating time with and / without snow,
  • 5 an example of a program flow chart for dimensioning the performance of a heating device 14 depending on project-specific operating limits.
  • 6 an example of a program flow chart for evaluating the function of the point heating 1 depending on the weather and thus proof of the availability of the switch 3rd in winter with the heating system available 14 and
  • 7 an example of a program flow chart (distributed over two pages for a better overview) for the control and regulation of a point heater according to the invention 1 .

Nachstehend wird die Erfindung im Detail beschrieben, wobei diese Beschreibung anhand konkreter Ausführungsformen den Schutzbereich der Patentansprüche nicht einschränkt.The invention is described in detail below, this description not restricting the scope of protection of the patent claims on the basis of specific embodiments.

Um mit möglichst wenigen Weichentemperatursensoren 28 die vorstehend bereits benannten Ziele zu erreichen, besteht die vorliegende Erfindung unter anderem darin, die Steuerung und Regelung sowie die Dimensionierung der Heizeinrichtungen 14 und die die Ermittlung von Betriebsgrenzen bestehender Weichenheizungen durch Bewertung der Weichentemperaturen der Weiche 3 an den funktionsrelevanten Stellen 19 der Weiche 3 im Winter für die erfindungsgemäße Weichenheizung 1 mittels Berechnung vorzunehmen. Erfindungsgemäß erfolgt das über das Wärmenetz 26 der linken Seite 5 der Weiche 3 und über das Wärmenetz 27 der rechten Seite 6 der Weiche 3 für zumindest ein Weichensegment analog zu elektrischen Strömungsfeldern, indem die Steuerung und Regelung der spezifischen Leistung der Heizeinrichtung 14 der erfindungsgemäßen Weichenheizung 1 durch Bewertung über mittels Wärmenetz 26, 27 berechnete Temperaturen an Weichensegment Weichenspitze 34, Weichensegment Weichenmitte 35 und Weichensegment Weichenende 36 für die linke Seite 5 der Weiche 3 und die rechte Seite 6 der Weiche 3 in Abhängigkeit der Weichenstellung, das heißt für an der Backenschiene anliegende Zungenschiene 10 und für abliegende Zungenschiene 11, und in Abhängigkeit der Witterung erfolgt. Die berechneten optimalen Weichentemperaturen Top der Weiche 3 werden mit den über einen Weichentemperatursensor 28 erfassten zeitlichen Verlauf der realen Weichentemperatur Tw der Weiche 3 aus mindestens drei Messwerten nach Ablauf der Totzeit einer beheizten Schiene mit dem Weichentemperatursensor 28 zumindest einer Weiche 3 verglichen. Bei Differenzen einschließlich einer Toleranz, die bspw. aus Wind und Sonnenstrahlung entstehen können, wird dieser zeitliche Verlauf über Konvektionsverluste und Strahlungsleistung korrigiert.In order to use as few switch temperature sensors as possible 28 To achieve the goals already mentioned above, the present invention consists, among other things, of the control and regulation as well as the dimensioning of the heating devices 14 and the determination of the operating limits of existing point heaters by evaluating the point temperatures of the point 3rd at the functionally relevant points 19th the soft 3rd in winter for the point heater according to the invention 1 by means of calculation. According to the invention, this takes place via the heating network 26 the left side 5 the soft 3rd and over the heating network 27 the right side 6 the soft 3rd for at least one turnout segment analogous to electrical flow fields by controlling the specific power of the heating device 14 the point heater according to the invention 1 by evaluation using a heating network 26 , 27 calculated temperatures at the turnout segment 34 , Turnout segment turnout center 35 and turnout segment 36 for the left side 5 the soft 3rd and the right side 6 the soft 3rd depending on the switch position, i.e. for the tongue rail resting on the stock rail 10th and for remote tongue rails 11 , and depending on the weather. The calculated optimal switch temperatures T op the soft 3rd with a switch temperature sensor 28 recorded time course of the real turnout temperature Tw the soft 3rd from at least three measured values after the dead time of a heated rail with the switch temperature sensor 28 at least one switch 3rd compared. In the case of differences, including a tolerance, which can arise, for example, from wind and solar radiation, this time course is corrected via convection losses and radiation power.

Die erfindungsgemäße Lösung der vorstehend genannten Aufgaben erfolgt mit einer thermischen Modellierung des Temperaturverlaufs mit Aufteilung der Weiche 3 in Weichensegmente der linken Seite 5 und der rechten Seite 6 für die zur Bewertung der Funktion charakteristischen Bereiche Weichenspitze 16, Weichenmitte 17 und Weichenende 18 unter Berücksichtigung des Abstandes zwischen Backenschiene 7 und Zungenschiene 8 aufgrund der Weichenstellung, des Schienenprofils, der Art der Gleitstuhlplatte 9 mit oder ohne Rollen, der Niederschlagsart und der Niederschlagsmenge, der Windgeschwindigkeit und der Umgebungstemperatur sowie einer möglichen Wärmedämmung bzw. Winddämmung. Dabei werden für die Weichensegmente bei Betrieb mit jeweiliger spezifischen Leistung der Heizeinrichtung 14 der zeitliche Verlauf der Weichentemperaturen Top der Weiche 3 und der spezifischen Leistungsverluste mit iterativen Lösungsverfahren berechnet und mit über Weichentemperatursensoren 28 erfasstem zeitlichen Verlauf der realen Weichentemperaturen Tw der Weiche 3 verglichen. Bei Differenzen werden diese unter Berücksichtigung einer Toleranz korrigiert und an funktionsrelevanten Stellen 19 der Weiche 3, die im Winter für die Funktion der Weiche 3 maßgeblich sind, bewertet, so dass bei Betrieb mit ermittelter witterungsabhängiger optimaler spezifischer Leistung die Heizeinrichtung 14 aktiviert werden und an diesen Stellen eine Schienenmindesttemperatur Tmin der Weiche erreicht wird. Damit wird mit minimalem Energieeinsatz eine gleichmäßige Erwärmung der linken Seite 5 der Weiche 3 und rechten Seite 6 der Weiche 3 über die gesamte Länge der Weiche 3 erreicht und damit eine hohe Verfügbarkeit im Winter gewährleistet.The above-mentioned objects are achieved by thermal modeling of the temperature profile with division of the switch 3rd in turnout segments of the left side 5 and the right side 6 for the points of the turnout that are characteristic for the evaluation of the function 16 , Switch center 17th and point end 18th taking into account the distance between the stock rail 7 and tongue rail 8th due to the switch position, the rail profile, the type of sliding chair plate 9 with or without rollers, the type of precipitation and the amount of precipitation, the wind speed and the ambient temperature as well as possible thermal or wind insulation. Thereby, for the turnout segments when operating with the specific performance of the heating device 14 the time course of the switch temperatures top of the switch 3rd and the specific power losses calculated with iterative solution methods and with switch temperature sensors 28 recorded time course of the real turnout temperatures Tw the soft 3rd compared. In the event of differences, these are corrected taking into account a tolerance and at functionally relevant points 19th the soft 3rd which in winter for the function of the switch 3rd are decisive, so that when operating with determined weather-dependent optimal specific performance, the heating device 14 activated and a minimum rail temperature at these points T min the switch is reached. This ensures uniform heating of the left side with minimal energy consumption 5 the soft 3rd and right side 6 the soft 3rd over the entire length of the switch 3rd achieved and thus high availability in winter guaranteed.

Bei der Dimensionierung wird die erforderliche spezifische Leistung der Heizeinrichtung 14 aufgrund lokaler grenzwertiger Umgebungsbedingungen ermittelt. Bei der Ermittlung von Betriebsgrenzen der erfindungsgemäßen Weichenheizung 1 werden bei vorhandenen Weichenheizungen die Weichenendtemperaturen Twn der Weiche 3 an funktionsrelevanten Stellen 19 bei maximalen Grenzwerten der Umgebungsbedingen ermittelt, bei denen die betreffende Weichenheizung 1 mit vorhandener spezifischer Leistung der Heizeinrichtungen 14 im Betrieb im Winter gerade noch funktioniert. Damit kann der Betreiber entscheiden, ob diese Betriebsgrenze ausreichend oder nichtausreichend für seine Witterungsbedingungen ist.When dimensioning, the required specific performance of the heating device 14 determined based on local borderline environmental conditions. When determining the operating limits of the point heater according to the invention 1 the turnout end temperatures for existing turnout heaters T wn the soft 3rd at functionally relevant points 19th at maximum environmental limit values determined where the point heater in question 1 with existing specific performance of the heating devices 14 works just fine in winter. This enables the operator to decide whether this operating limit is sufficient or not sufficient for his weather conditions.

Dafür soll für lokale, projektspezifische und charakteristische ungünstigste Umgebungsbedingungen und alle Typen von Weichen 3 mit entsprechendem jeweiligen Schienenprofil mit einem Programm die erforderliche spezifische Leistung der Heizeinrichtung 14 für beispielsweise einen Meter Länge berechnet werden, die für die Heizeinrichtungen 14 erforderlich sind, damit die erfindungsgemäße Weichenheizung 1 bei diesen Grenzwerten im Winter erfolgreich funktioniert. Das heißt, die Weiche 3 wird schneefrei gehalten wird und friert nicht fest. Zur Bewertung der Funktion werden an den funktionsrelevanten Stellen 19 der Weiche 3 Schienenmindesttemperaturen der Weiche 3 definiert und die Verlustleistungen bei diesen Bedingungen aus Wärmestrahlung 30, Konvektion 3), Wärmeleitung 33 und Wärmespeicher 32 unter Berücksichtigung des Einbauortes der Heizeinrichtung 14 und der Stellung der Zungenschiene 8 an den Weichensegmenten der linken Seite 5 der Weiche 3 und der rechten Seite 6 der Weiche 3 an Weichenspitze 16, Weichenmitte 17 und Weichenende 18 berechnet. Die Summe der Verlustleistungen jedes Weichensegments der linken Seite 5 der Wiche 3 und/oder der rechten Seite 6 der Weiche 3, bei der die Schienenmindesttemperaturen der Weiche 3 erreicht und die Schneemenge geschmolzen wird, entspricht der erforderlichen spezifischen Heizleistung für die jeweilige Seite und den jeweilige Bereich der Weiche 3. Die Heizeinrichtungen weisen eine Länge von bis zu 6 m auf. Deshalb wird vorteilhaft die erforderliche spezifische Heizleistung der Heizeinrichtungen 14 aus der berechneten maximalen Summe der Verlustleistung der Weichensegmente der linken Seite 5 der Weiche 3 und der rechten Seite 6 der Weiche 3 ermittelt.For this purpose, local, project-specific and characteristic unfavorable environmental conditions and all types of switches should be used 3rd with a corresponding rail profile with a program the required specific performance of the heating device 14 for example, one meter length can be calculated for the heaters 14 are required so that the point heater according to the invention 1 works successfully with these limit values in winter. That is, the switch 3rd is kept free of snow and does not freeze. To evaluate the function, the function-relevant points 19th the soft 3rd Minimum rail temperatures of the switch 3rd defined and the power losses under these conditions from thermal radiation 30th , Convection 3rd ), Heat conduction 33 and heat storage 32 taking into account the installation location of the heating device 14 and the position of the tongue rail 8th on the turnout segments on the left 5 the soft 3rd and the right side 6 the soft 3rd at the tip of the switch 16 , Switch center 17th and point end 18th calculated. The sum of the power losses of each turnout segment on the left 5 the wich 3rd and / or the right side 6 the soft 3rd at which the minimum rail temperatures of the switch 3rd reached and the amount of snow is melted, corresponds to the required specific heating output for the respective side and the respective area of the switch 3rd . The heating devices have a length of up to 6 m. The required specific heating power of the heating devices is therefore advantageous 14 from the calculated maximum sum of the power loss of the turnout segments on the left side 5 the soft 3rd and the right side 6 the soft 3rd determined.

Diese Ermittlung erfolgt derart, dass u.a. für ein bestimmtes Schienenprofil, z.B. R54, minimale Umgebungstemperaturen und maximale Schneemenge vorgegeben werden und für funktionsrelevante Stellen 19 von Weichensegmenten an Weichenspitze 34, Weichenmitte 35 und Weichenende 36 der zeitliche Verlauf und die Verlustleistungen der Wärmleitung 33, der Schmelzleistungen und der Verdampfungsleistung Pv die optimalen Weichentemperaturen (Top ) berechnet und bewertet sowie erkannt werden, ob die gesamte Schneemenge geschmolzen wird. Es werden folgende projektspezifische Eingaben eingegeben, die die Betriebsgrenze der erfindungsgemäßen Weichenheizung 1 darstellen, d.h. bei denen die Funktion der Weichen 3 im Winter noch gewährleistet sein soll:

  • - Weichenprofil, z.B. R54 mit unterschiedlichen Abmessungen und Gewicht an Weichenspitze 16, Weichenmitte 17 und Weichenende 18,
  • - Schienensolltemperatur TSoll der Weiche 3,
  • - Schienenmindesttemperatur Tmin der Weiche 3 und/oder minimale Umgebungstemperatur TU-min ,
  • - maximale Schneemenge hS-max ,
  • - maximale Anheizzeit beheizte Schiene tAn-max ,
  • - maximale Windgeschwindigkeit umax .
This determination is made in such a way that, for a certain rail profile, for example R54, minimum ambient temperatures and maximum amount of snow are specified and for functionally relevant points 19th of turnout segments at turnout tip 34 , Switch center 35 and point end 36 the time course and the heat losses of the heat pipe 33 , the melting capacities and the evaporation capacity Pv the optimal switch temperatures ( T op ) are calculated and evaluated and whether the entire amount of snow is melted. The following project-specific entries are entered, which are the operating limits of the point heater according to the invention 1 represent, ie where the function of the switches 3rd should still be guaranteed in winter:
  • - Turnout profile, e.g. R54 with different dimensions and weight at turnout tip 16 , Switch center 17th and point end 18th ,
  • - Target rail temperature T target the soft 3rd ,
  • - Minimum rail temperature T min the soft 3rd and / or minimum ambient temperature T RPM ,
  • - maximum amount of snow h S-max ,
  • - maximum heating time of the heated rail t An-max ,
  • - maximum wind speed u max .

Das Berechnen der Endwerte der Verlustleistungen für das Weichensegment rechte Seite 6 der Weiche 3 und das Weichensegment linke Seite 5 der Weiche 3 erfolgt bei einer Weichenendtemperatur der Weiche 3, die zumindest der absoluten Summe aus Schienenmindesttemperatur Tmin der Weiche 3 oder der Umgebungstemperatur TU und der unteren Weichensolltemperatur (bspw. 7 °C abzüglich 4 °C Hysterese ergibt 3 °C) der Schienenmindesttemperatur der weiche 3 der beheizten Schienen, bspw. Backenschienen 7 links und rechts (z.B. Knoten K Backenschienenfuß) und/oder der parametrierten Mindesttemperatur an den funktionsrelevanten Stellen 19, z.B. + 1 °C entspricht, wobei die Summe der Verlustleistungen der erforderlichen spezifischen Leistung der Heizeinrichtung 14 in Watt pro Meter für eine Länge der Heizeinrichtung 14 entspricht.Calculating the final values of the power losses for the right side switch segment 6 the soft 3rd and the left side switch segment 5 the soft 3rd takes place at a turnout end temperature of the turnout 3rd which is at least the absolute sum of the minimum rail temperature T min the soft 3rd or the ambient temperature T U and the lower set point temperature (e.g. 7 ° C minus 4 ° C hysteresis results in 3 ° C) the minimum rail temperature of the soft 3 of the heated rails, for example stock rails 7 left and right (e.g. knot K Stock rail base) and / or the parameterized minimum temperature at the functionally relevant points 19th , for example + 1 ° C, the sum of the power losses of the required specific power of the heating device 14 in watts per meter for a length of the heating device 14 corresponds.

Aus maximaler Schneemenge hS , den waagerechten Flächen des Weichensegments und der mittleren Dichte von Schnee, z.B. von 100 kg/m3, bei Lufttemperatur kleiner 0 °C und 200 kg/m3 bei Lufttemperatur größer 0 °C und einer mittleren spezifischen Schmelzwärme von bspw. 335 kJ/Kg wird die erforderliche Schmelzleistung für die Schneemenge in einer Stunde ermittelt. Schnee beginnt bei 0 °C zu schmelzen. Die gesamte erforderliche spezifische Leistung der Heizeinrichtungen 14 ergibt sich aus der Summe der Verlustleistungen bei bspw. 0 °C und der Schmelzleistung der Schneemenge, die zwischen Heizbeginn und Erreichen der Schienenmindesttemperatur Tmin der Weiche 3 von bspw. 0 °C am Fuß-Backenschiene gefallen ist. Die gefallene Schneemenge ermittelt sich aus erfasster Schneemenge und der Zeit bis zum Erreichen der Schienenmindesttemperatur Tmin der Weiche 3, die der Schmelztemperatur von Schnee entspricht.From the maximum amount of snow h p , the horizontal surfaces of the turnout segment and the average density of snow, e.g. of 100 kg / m 3 , at air temperatures below 0 ° C and 200 kg / m 3 at air temperatures above 0 ° C and an average specific heat of fusion of, for example, 335 kJ / Kg, the melting capacity required for the amount of snow is determined in one hour. Snow begins to melt at 0 ° C. The total specific heater performance required 14 results from the sum of the power loss at 0 ° C and the melting capacity of the amount of snow between the start of heating and reaching the minimum rail temperature Tmin of the switch 3rd from 0 ° C on the foot stock rail, for example. The amount of snow fallen is determined from the amount of snow recorded and the time until the minimum rail temperature Tmin of the switch is reached 3rd that corresponds to the melting temperature of snow.

Eine erfolgreiche Funktion der erfindungsgemäßen Weichenheizung 1 im Winter soll an den funktionsrelevanten Stellen 19 der Weiche 3 eine Schienenmindesttemperatur TMin der Weiche 3 an linker Seite 5 der Weiche 3 und rechter Seite 6 der Weiche 3 gewährleisten, wobei die Schienenmindesttemperatur TMin der Weiche 3 der Schmelztemperatur von Eis und Schnee entspricht. Diese funktionsrelevanten Stellen sind: Backenschienen-Kopf (Index Ko-Ba) Backenschienen-Fuß (Index Fu-Ba) Zungenschienen-Kopf (Index Ko-Zu) Gleitstuhlplatte -außen (Index GL-au) an der linken Seite 5 der Weiche 3 und der rechten Seite 6 der Weiche 3. An diesen funktionsrelevanten Stellen 19 erfolgt die positive Bewertung der Funktion der erfindungsgemäße Weichenheizung 1, wenn die folgenden Bedingungen erfüllt sind. Dabei berücksichtigt der Faktor k Temperaturdifferenzen aufgrund von Wärmeleitungen zwischen den Stellen T Fu Ba > T Soll

Figure DE102018007263A1_0010
T Ko Ba > = T min
Figure DE102018007263A1_0011
T Fu Zu > = k × T Soll
Figure DE102018007263A1_0012
T Ko Zu > = T min
Figure DE102018007263A1_0013
T GL mi > = k × T Soll
Figure DE102018007263A1_0014
T Gl au > = T min
Figure DE102018007263A1_0015
A successful function of the point heater according to the invention 1 in the winter at the functionally relevant points 19th the soft 3rd a minimum rail temperature T min the soft 3rd on the left 5 the soft 3rd and right side 6 the soft 3rd ensure the minimum rail temperature T min the soft 3rd corresponds to the melting temperature of ice and snow. These functionally relevant positions are: Stock rail head (Index Ko-Ba) Stock rail foot (Index Fu-Ba) Tongue rail head (Index Ko-Zu) Sliding chair plate -outside (Index GL-au) on the left side 5 the soft 3rd and the right side 6 the soft 3rd . At these functionally relevant points 19th there is a positive evaluation of the function of the point heater according to the invention 1 if the following conditions are met. The factor is taken into account k Temperature differences due to heat conduction between the locations T Fu - Ba > T Should
Figure DE102018007263A1_0010
T Knockout - Ba > = T min
Figure DE102018007263A1_0011
T Fu - To > = k × T Should
Figure DE102018007263A1_0012
T Knockout - To > = T min
Figure DE102018007263A1_0013
T GL - mi > = k × T Should
Figure DE102018007263A1_0014
T Eq - au > = T min
Figure DE102018007263A1_0015

Damit für alle Weichentypen nur ein Programm erforderlich ist, erfolgt die Bewertung an typischen Weichensegmenten für die linke Seite 5 der Weiche 3 und die rechte Seite 6 der Weiche 3 über die Bereiche Weichenspitze 35, Weichenmitte 36 und Weichenende 37. Bewertet werden parametrierbare Werte für die linke Seite 5 der Weiche 3 und die rechte Seite 6 der Weiche 3 eines Weichensegments, bspw: T Fu Ba min = Weichensolltemperatur * k ( mit k = 1,5 )

Figure DE102018007263A1_0016
T Ko Ba min = 0 ° C
Figure DE102018007263A1_0017
T Fu Zh min = Weichensolltemperatur * k ( mit k = 0,5 )
Figure DE102018007263A1_0018
T Ko Zu min = 0 ° C
Figure DE102018007263A1_0019
T GL mi min = Weichensolltemperatur * k ( mit k = 0,5 )
Figure DE102018007263A1_0020
T GL au min = 0 ° C
Figure DE102018007263A1_0021
Anheizzeit tA <= t A-max
geschmolzene Schneemenge während der Anheizzeit t Am größer gefallene Schneemenge hs durch Bewerten der vorhandenen spezifischen Leistung der Heizeinrichtung 14 mit der erforderlichen Erhaltungsleistung Perh zuzüglich Schmelzleistung für die gefallenen Schneemenge.So that only one program is required for all turnout types, the evaluation is carried out on typical turnout segments for the left side 5 the soft 3rd and the right side 6 the soft 3rd over the areas switch point 35 , Switch center 36 and point end 37 . Parameterizable values for the left side are evaluated 5 the soft 3rd and the right side 6 the soft 3rd a turnout segment, for example: T Fu - Ba - min = Turnout target temperature * k ( with K = 1.5 )
Figure DE102018007263A1_0016
T Knockout - Ba - min = 0 ° C.
Figure DE102018007263A1_0017
T Fu - Zh - min = Turnout target temperature * k ( with K = 0.5 )
Figure DE102018007263A1_0018
T Knockout - To - min = 0 ° C.
Figure DE102018007263A1_0019
T GL - mi - min = Turnout target temperature * k ( with K = 0.5 )
Figure DE102018007263A1_0020
T GL - au - min = 0 ° C.
Figure DE102018007263A1_0021
Heating time t A <= t A-max
melted amount of snow during the heating time t On the larger amount of snow h s by evaluating the existing specific performance of the heater 14 with the required maintenance performance P erh plus melting capacity for the amount of snow fallen.

Mit dem Berechnungsverfahren in Verbindung mit einer Einrichtung zu Steuerung und Regelung können folgende Maßnahmen zur Gewährleistung der Funktion der Weiche 3 bei minimalem Energieverbrauch über den gesamten Betriebsbereich aktiviert werden. With the calculation method in connection with a device for control and regulation, the following measures can be taken to ensure the function of the switch 3rd activated with minimal energy consumption over the entire operating range.

Einstellen der berechneten optimalen Leistung der Heizeinrichtung 14 über Gruppensteuerung, Wellenpaketsteuerung, Pulsweitenmodulation und Frequenzänderung in Abhängigkeit der Art der HeizeinrichtungenSetting the calculated optimal heater performance 14 via group control, wave packet control, pulse width modulation and frequency change depending on the type of heating devices

Anordnung von zusätzlichen Heizeinrichtungen 29 an der Zungenschiene 8 und/oder den Gleitstuhlplatten 9, die über das Berechnungsmodell zeitlich oder über Leistungsaufteilung so aktiviert und gesteuert werden, dass ohne Erhöhung der Anschlussleistung die funktionsrelevanten Stellen 19 zeitlich gleichmäßig erwärmt werden und damit keine zeitlichen Nachteile einzelner Teile der Weiche 3 eintreten.Arrangement of additional heating devices 29 on the tongue rail 8th and / or the sliding chair plates 9 , which are activated and controlled via the calculation model in terms of time or via power distribution in such a way that the functionally relevant points are increased without increasing the connected load 19th be heated evenly over time and thus no time disadvantages of individual parts of the switch 3rd enter.

Bei mittels Berechnungsverfahren prognostizierten Defiziten der Weichentemperaturen der Weiche 3 aufgrund unzureichend vorhandener spezifischer Leistung der Heizeinrichtung 14 an der abliegender Zungenschiene 11 erfolgt frühzeitige Warnmeldung oder Meldung möglichst Weiche 3 umstellen und/oder Vorheizen auf eine geringe Schienensolltemperatur der Weiche 3, so dass bei Wetterextremen durch bspw. starken Schneefall der Schnee sofort schmilzt.In the case of deficits in the turnout temperatures of the turnout that are forecast using the calculation method 3rd due to insufficient specific performance of the heating device 14 on the remote tongue rail 11 there is an early warning message or a switch if possible 3rd change over and / or preheat to a low target rail temperature of the switch 3rd , so that in extreme weather conditions, e.g. heavy snowfall, the snow melts immediately.

Zur erfolgreichen Funktion der erfindungsgemäßen Weichenheizung 1 ist eine gleichmäßige Erwärmung der funktionsrelevanten Stellen 19 der Weiche 3 der anliegenden und abliegenden Zungenschiene 8 erforderlich. Da die Weiche 3 im Betrieb laufend in Abhängigkeit der Fahrtrichtung umgestellt wird und für die Weichenstellung keine Sensoren zur Detektion der Lage der Zungenschiene 8 möglich sind, wird vorschlagen, durch Auswertung des berechneten zeitlichen Verlauf der Weichentemperatur der Weiche 3 an der linken Seite 5 der Weiche 3 und an der rechten Seite 6 der Weiche 3 die Lage der Zungenschienen 8 zu detektierenFor the successful function of the point heater according to the invention 1 is uniform heating of the functionally relevant points 19th the soft 3rd the adjacent and remote tongue rail 8th required. Because the switch 3rd is continuously changed in operation depending on the direction of travel and no sensors for detecting the position of the tongue rail for the switch setting 8th are possible, will suggest, by evaluating the calculated temporal course of the turnout temperature of the turnout 3rd on the left side 5 the soft 3rd and on the right side 6 the soft 3rd the position of the tongue rails 8th to detect

Heizeinrichtung-Bestückungsvarianten sind:

  • Heizeinrichtung 14 an den Backenschienen 7 und zusätzliche Heizeinrichtung 29 an den Zungenschienen 8 und bei Beginn des Betriebes Anheizen von ersten Schienen mit 100 % spezifischer Leistung der Heizeinrichtung 14, wobei erste Schienen Backenschienen 7 oder Zungenschiene 8 oder Gleitstuhlplatten 9 sein können, und bei Erreichen der Schienensolltemperatur TSoll der Weiche 3 an der ersten Schiene Reduzieren der jeweiligen spezifischen Leistung der Heizeinrichtung 14 oder 29 auf maximal spezifische Erhaltungsleistung PErh oder geringer oder Ausschalten derselben und Aktivieren der zusätzlichen Heizeinrichtung 29 an der Zungenschiene 7 oder den Gleitstuhlplatten 9 mit der verbleibenden spezifischen Leistung ab dieser Zeit und nur in den Heizpausen der Heizeinrichtung 14 der ersten Schienen bspw. über Gruppenbetrieb während zyklischer Taktzeiten bei elektrischen Heizstäben.
Heating equipment configurations are:
  • Heating device 14 on the stock rails 7 and additional heating device 29 on the tongue rails 8th and at the start of operation, heating up the first rails with 100% specific output of the heating device 14 , with first rails stock rails 7 or tongue rail 8th or sliding chair plates 9 can be, and when the target rail temperature is reached T target the soft 3rd on the first rail, reduce the respective specific output of the heating device 14 or 29 to maximum specific maintenance performance P Erh or less or turn them off and activate the additional heater 29 on the tongue rail 7 or the sliding chair plates 9 with the remaining specific power from this time and only during the heating breaks of the heating device 14 the first rails, for example via group operation during cyclical cycle times for electric heating elements.

Bei berechneten Defiziten vor einer Heizanforderung bspw. durch Schnee an der Wetterstation erfolgt Aktivieren von zusätzlichem Heizregime „Vorheizen“, bspw. bei möglichen Wetterextremen über separate Wetterdaten aus einer örtlichen Wetterstation bzw. über einen Wetterdienst derart, dass ein zweite Schienensolltemperatur der Weiche 3 berechnet wird und die erfindungsgemäße Weichenheizung 1 über Vorheizen in Betrieb geschaltet wird und auf diese zweite Schienensolltemperatur der Weiche 3 geregelt wird, wobei die zweite Schienensolltemperatur der Weiche 3 so groß ist, dass bei Eintreten der tatsächlichen Wetterextreme der Schnee geschmolzen und die Funktion der Weiche 3 gewährleistet und bei Ausbleiben der Wetterextreme das Vorheizen beendet wird.If deficits are calculated before a heating request, e.g. due to snow at the weather station, additional heating regime "preheating" is activated, e.g. in the event of possible extreme weather conditions, via separate weather data from a local weather station or via a weather service such that a second rail setpoint temperature for the switch 3rd is calculated and the switch heater according to the invention 1 is switched on via preheating and to this second setpoint rail temperature of the switch 3rd is regulated, the second setpoint rail temperature of the switch 3rd is so large that when the actual weather extremes occur, the snow melts and the function of the switch 3rd guaranteed and if the extreme weather does not occur, the preheating is ended.

Bei Bestückung der Backenschiene 7 und der Zungenschiene 8 und/oder der Gleitstuhlplatten 9 mit zusätzliche Heizelementen 29 erfolgt bei Betrieb während der Anheizzeit die Aktivierung der Heizeinrichtungen 14 immer nacheinander, d.h. zuerst Aktivieren der Heizeinrichtung 14 der ersten Schiene mit einem Leistungsverhältnis 100 % und nach Erreichen der Schienensolltemperatur der Weiche 3 Aktivieren der Heizeinrichtung 29 der zweiten Schiene in den Heizpausen der Heizeinrichtung 14 der ersten Schiene und im Regelbetrieb, d.h. wenn beide Schienen Schienensolltemperatur der Weiche 3 aufweisen, erfolgt Gruppenbetrieb oder Wellenpaketsteuerung oder gleichzeitiger Heizbetrieb aller Heizeinrichtungen 14, 29 mit verringerter spezifischer Leistung oder aktiver Heizzeit, wobei die Summe der spezifischen Leistung der Heizeinrichtungen 14, 29 der linken Seite 5 der Weiche 3 und der rechten Seite 6 der Weiche 3 maximal der spezifischen Leistung der Heizeinrichtung 14 entsprechen.When equipping the stock rail 7 and the tongue rail 8th and / or the sliding chair plates 9 with additional heating elements 29 the heating devices are activated during operation during the heating-up period 14 always one after the other, ie first activate the heating device 14 the first rail with a power ratio of 100% and after reaching the target rail temperature of the switch 3rd Activate the heater 29 the second rail in the heating breaks of the heating device 14 the first rail and in normal operation, ie when both rails have the target rail temperature of the switch 3rd have group operation or wave packet control or simultaneous heating operation of all heating devices 14 , 29 with reduced specific power or active heating time, the sum of the specific power of the heating devices 14 , 29 the left side 5 the soft 3rd and the right side 6 the soft 3rd maximum of the specific power of the heating device 14 correspond.

Bewerten Schneeschmelzen über die Leistungsbilanz während der Anheizzeit, indem die spezifische Heizleistung größer oder gleich der spezifische Erhaltungsleistung zuzüglich der Schmelzleistung für Schnee istEvaluate snow melting via the power balance during the heating-up time, in that the specific heating power is greater than or equal to the specific maintenance power plus the melting power for snow

Korrektur des berechneten zeitlichen Verlaufs der Schienensolltemperatur der Weiche 3 mit dem tatsächlich erfassten zeitlichen Verlauf der Weichentemperatur der Weiche 3 mittels Weichentemperatursensor 28 unter Berücksichtigung von Strahlungswärme durch Sonnenstrahlung und Windeinfluss über Konvektion. Correction of the calculated time profile of the setpoint rail temperature 3rd with the actually recorded time course of the turnout temperature of the turnout 3rd using switch temperature sensor 28 taking into account radiant heat from solar radiation and wind influence via convection.

Nachfolgend wird eine detaillierte Beschreibung der Figuren gegeben.A detailed description of the figures is given below.

In 0 ist eine Weiche 3 schematisch in Draufsicht dargestellt. Die Weiche 3 wird eingeteilt in Weichenspitze 16, Weichenmitte 17 und Weichenende 18. Es sind Backenschienen 7 und Zungenschienen 8 dargestellt. Die Zuordnung der rechten Seite 6 der Weiche 3 erfolgt von der Zungenspitze 16 in Blickrichtung (Bezugszeichen 2) zum Weichenende 18. An der linken Seite 5 der Weiche 3 ist die abliegende Zungenschiene 11 und an der rechte Seite 6 der Weiche 3 ist die anliegende Zungenschiene 10 dargestellt. An einer Backenschiene 7, hier an der linken Seite 5 der Weiche 3, ist ein Weichentemperatursensor 28 angeordnet. Im Bereich der Weichenspitze 16 ist bspw. ein Weichensegment Weichenspitze 34, im Bereich der Weichenmitte 17 ist ein Weichensegment Weichenmitte 35 und im Bereich Weichenende 18 ist ein Weichensegment Weichenende 36 jeweils für linke Seite 5 der Weiche 3 und die rechte Seite 6 der Weiche 3 angeordnet. Der Weichentemperatursensor 28 befindet sich an der Weichenspitze an der rechten Seite 6 der Weiche 3 oder an der linken Seite 5 der Weiche 3. Weiterhin sind die im Stützknaggenbereich vorhandenen Stützknaggen 13 dargestellt, diese dienen auf der Seite der anliegenden Zungenschiene 10 dem Abstützen der Zungenschiene 8 gegenüber der Backenschiene 7 bei Befahren der Zungenschiene 8 mit dem Zug.In 0 is a switch 3rd shown schematically in plan view. The soft 3rd is divided into turnout tips 16 , Switch center 17th and point end 18th . They are stock rails 7 and tongue rails 8th shown. The assignment of the right side 6 the soft 3rd takes place from the tip of the tongue 16 in the direction of view (reference number 2nd ) at the end of the switch 18th . On the left side 5 the soft 3rd is the remote tongue rail 11 and on the right side 6 the soft 3rd is the adjacent tongue rail 10th shown. On a stock rail 7 , here on the left 5 the soft 3rd , is a turnout temperature sensor 28 arranged. In the area of the turnout tip 16 is, for example, a turnout segment 34 , in the area of the switch center 17th is a turnout segment 35 and in the turnout area 18th is a turnout segment 36 each for the left side 5 the soft 3rd and the right side 6 the soft 3rd arranged. The switch temperature sensor 28 is on the turnout tip on the right side 6 the soft 3rd or on the left 5 the soft 3rd . Furthermore, there are the support lugs in the support lug area 13 shown, these serve on the side of the adjacent tongue rail 10th supporting the tongue splint 8th opposite the stock rail 7 when driving on the tongue rail 8th by train.

In 1 ist ein schematische Schnittdarstellung der Weiche 3 aus 0 am Weichensegment Weichenspitze 34 mit linker Seite 5 der Weiche 3 und rechter Seite 6 der Weiche 3 dargestellt. An der linken Seite 5 der Weiche 3 ist die abliegende Zungenschiene 11 und an der rechten Seite 6 der Weiche 3 die anliegende Zungenschiene 12 dargestellt. Die funktionsrelevanten Stellen 19 der Weiche 3 im Winter sind an der linken Seite 6 der Weiche 3 durch die Bewertungspunkte (37 bis 43 dargestellt. Durch die erfindungsgemäße Weichenheizung 1 sollen diese funktionsrelevanten Stellen 19, gekennzeichnet durch die Bewertungspunkte 37 bis 43 im Winter bei negativen Umgebungstemperaturen so erwärmt werden, dass der daran befindliche Schnee bzw. Eis geschmolzen wird. Die Bewertungspunkte 37 bis 43 an der linke Seite 5 und an der rechten Seite (69 der Weiche der Weiche 3 sind die Bewertungspunkte Fuß-Backenschiene 37, Steg-Backenschiene 38, Kopf-Backenschiene 39, Fuß-Zungenschiene 40, Kopf-Zungenschiene 41, Mitte-Gleitstuhlplatte 42 und Außen-Gleitstuhlplatte 43 dargestellt, die jeweils durch Knoten K des Wärmenetzes 26, 27 repräsentiert werden und den funktionsrelevanten Stellen 19 der rechten Seite 6 der Weiche 3 und der linken Seite 5 der Weiche 3 entsprechen. Der Weichentemperatursensor 28 ist an der linken Backenschiene 7 zwischen zwei Schwellen 24 angeordnet und die damit erfassten realen Weichentemperaturen Tw an der Backenschiene 7 linke Seite 5 der Weiche 3 können mit den berechneten optimalen Weichentemperaturen an dieser funktionsrelevanten Stelle 19 mit den berechneten optimalen Weichentemperaturen T W-op verglichen und bei Differenzen korrigiert werden. Im Betrieb wird der Fahrweg der Weiche 3 durch Verstellen der Zungenschienen 8 laufend verändert, indem an linker Seite 5 der Weiche 3 und rechter Seite 6 der Weiche 3 die Zungenschiene 8 abwechselnd an- oder abliegend von der Backenschiene 7 ist. Sensoren zur Detektion der Stellung der Zungenschiene 8 sind nicht vorhanden. Die Detektion der Stellung der Zungenschienen 8 an den Backenschienen 7 anliegend oder abliegend erfolgt durch Bewerten der berechneten optimalen Weichentemperaturen T w-op an jeweiligen Bewertungspunkten der funktionsrelevanten Stellen 19, vorzugsweise an Bewertungspunkt Kopf-Zungenschiene 41. Die Weiche wird mit einer Heizeinrichtung 14 am Backenschienenfuß beheizt.In 1 is a schematic sectional view of the switch 3rd out 0 on the turnout segment 34 with the left side 5 the soft 3rd and right side 6 the soft 3rd shown. On the left side 5 the soft 3rd is the remote tongue rail 11 and on the right side 6 the soft 3rd the adjacent tongue splint 12th shown. The functionally relevant positions 19th the soft 3rd in winter are on the left 6 the soft 3rd through the evaluation points ( 37 to 43 shown. Through the point heater according to the invention 1 these functionally relevant positions 19th , characterized by the evaluation points 37 to 43 in winter with negative ambient temperatures so that the snow or ice on it is melted. The evaluation points 37 to 43 on the left side 5 and on the right side ( 69 the switch the switch 3rd are the evaluation points of the foot-stock splint 37 , Bar stock rail 38 , Head stock rail 39 , Foot-tongue rail 40 , Head-tongue splint 41 , Middle sliding chair plate 42 and outside sliding chair plate 43 represented, each by knot K of the heating network 26 , 27 are represented and the functionally relevant positions 19th the right side 6 the soft 3rd and the left side 5 the soft 3rd correspond. The switch temperature sensor 28 is on the left stock rail 7 between two thresholds 24th arranged and the real turnout temperatures Tw detected on the stock rail 7 left side 5 the soft 3rd can with the calculated optimal switch temperatures at this functionally relevant point 19th with the calculated optimal switch temperatures T W op compared and corrected for differences. The route of the switch is in operation 3rd by adjusting the tongue rails 8th constantly changing by on the left side 5 the soft 3rd and right side 6 the soft 3rd the tongue rail 8th alternately on or off the stock rail 7 is. Sensors for detecting the position of the tongue rail 8th are not available. Detection of the position of the tongue rails 8th on the stock rails 7 adjacent or remote is done by evaluating the calculated optimal switch temperatures T w- op at the respective evaluation points of the functionally relevant positions 19th , preferably at the evaluation point head-tongue rail 41 . The switch is equipped with a heating device 14 heated on the stock rail base.

In 2 ist bei Betrieb einer Weichenheizung entsprechend dem Stand der Technik zum Zeitpunkt t1 durch Schneefall und einer dadurch erzeugten Heizanforderung „Ein“ der zeitliche Verlauf der realen Weichentemperatur TW-Fu-Ba an einer Schiene, an der die Heizeinrichtung 14 angeordnet ist, bspw. an Fuß-Backenschiene, und der zeitliche Verlauf der realen Weichentemperatur TW-Au- GL an einer nicht mit Heizeinrichtung 14 versehenen Schiene, an einer funktionsrelevanten Stelle einer Weiche, bspw. Außen-Gleitstuhlplatte- dargestellt. Nach einer durch die Masse bestimmten Totzeit steigt die reale Weichentemperatur T W-Fu-Ba an der mit Heizeinrichtung bestückten Backenschiene schnell an. Bei Erreichen der Weichensolltemperatur TSoll zur Zeit t6 wird bei Zweipunktregelung die Heizung abgeschaltet und nach einem geringen Überschwingen der realen Weichentemperatur aufgrund der Masse der Schiene bis zur Zeit t7 kühlt diese bis zur Zeit t8 ab und der Heizstrom (IN ) wird zu dieser Zeit wieder eingeschaltet. Die Zeit von t1 bis t6 wird als Anheizzeit tA und die Zeit ab t6 bis t9 , mit Regelzeit bezeichnet. Die von der Heizeinrichtung entfernt liegende und nicht mit Heizeinrichtung 14 versehene Gleitstuhlplatte wird nur sehr langsam erwärmt und hat zum Zeitpunkt t6 eine sehr geringe reale Weichentemperatur T W-Außen-GL , die weit unter der Weichensolltemperatur ist.In 2nd is at the time when operating a point heater according to the state of the art t 1 due to snowfall and a heating request "On" generated thereby, the time course of the real turnout temperature T W-Fu-Ba on a rail on which the heating device 14 is arranged, for example on the foot stock rail, and the time course of the real switch temperature T W-Au- GL on one not with heating device 14 provided rail, shown at a functionally relevant point of a switch, for example. After a dead time determined by the mass, the real turnout temperature increases T W-Fu-Ba on the stock rail equipped with a heater. When the set point temperature is reached T target for now t 6 the heating is switched off with two-point control and after a slight overshoot of the real switch temperature due to the mass of the rail up to the time t 7 cools this up to the time t 8 and the heating current ( I N ) is switched on again at this time. The time of t 1 to t 6 is called heating time t A and the time t 6 to t 9 , designated with control time. The one located away from the heater and not with the heater 14 Provided sliding chair plate is only warmed up very slowly and at the time t 6 a very low real switch temperature T W outer GL which is far below the set point temperature.

Zum Zeitpunkt t6 wird durch die parametrierte Hysterese von bspw. 4 °C der Heizstrom für alle Heizeinrichtungen der Weiche ausgeschaltet, so dass auch an der Gleitstuhlplatte die Kühlung einsetzt. Die Weichentemperaturdifferenz ΔTW zur Zeit t6 zwischen Fuß Backenschienen und Gleitstuhlplatt ist sehr groß. Diese Weichentemperaturdifferenz ΔT W ist bei einer Umgebungstemperatur von bspw. - 15 °C so groß, dass an der Gleitstuhlplatte außen die Weichentemperatur auch nach sehr langer Zeit kleiner 0 °C beträgt und die Weiche an dieser Stelle Eis ansetzt und festfrieren kann. In 2 ist der zeitliche Verlauf des Heizstromes IN bei Heizanforderung Ein dargestellt, der bei Betrieb zwischen Null und maximalen Heizstrom IN in Abhängigkeit der Weichentemperatur am Fuß der Backenschiene ein- und ausgeschaltet wird und dadurch Leistungsspitzen zwischen Null und Nennstrom zur Folge hat. Zu den Zeitpunkten t3 , t4 und t5 werden jeweils die Temperaturen am Weichentemperatursensor (28) gemessen und zur Bewertung bzw. Korrektur der berechneten optimalen Weichentemperaturen.At the time t 6 the parameterized hysteresis of 4 ° C, for example, switches off the heating current for all the heating devices of the switch, so that cooling also starts on the sliding chair plate. The Turnout temperature difference ΔT W for now t 6 between the foot stock rails and sliding chair platform is very large. This switch temperature difference ΔT W is so high at an ambient temperature of, for example, - 15 ° C that the switch temperature on the outside of the sliding chair plate is less than 0 ° C even after a very long time and the switch sets ice at this point and can freeze. In 2nd is the time course of the heating current IN with heating request On shown, the during operation between zero and maximum heating current IN is switched on and off depending on the point temperature at the base of the stock rail and this results in power peaks between zero and nominal current. At the times t 3 , t 4 and t 5 the temperatures on the turnout temperature sensor ( 28 ) measured and for evaluating or correcting the calculated optimal switch temperatures.

In 3 ist für Weichensegment der Weiche 3 ein erfindungsgemäßes Wärmenetz 26 für die linke Seite 5 der Weiche 3 und teilweise ein analoges Wärmenetz 27 für die rechte Seite 6 der Weiche 3 entsprechend einer Schnittdarstellung nach 1 an einem beliebigen Bereich der Weiche 3 dargestellt, die über den Knoten K Umgebungstemperatur KTU verbunden sind. Heizeinrichtungen 14, 29 sind bspw. an der Backenschiene 7 auf dem Backenschienenfuß innen angeordnet. Das Wärmenetz 26 für die linke Seite 5 der Weiche 3 und das Wärmenetz 27 für die rechte Seite 6 der Weiche 3 basieren auf einer Schnittdarstellung längs der Gleitstuhlplatte 9 auf der linken Seite 5 der Weiche 3 und der gegenüberliegenden Gleitstuhlplatte 9 auf der rechten Seite 6 der Weiche 3 und dem Querschnitt der Backenschiene 7 und der Zungenschiene 8 auf der linken Seite 5 der Weiche 3 und Backenschiene 7 und Zungenschiene 8 auf der rechten Seite 6 der Weiche 3 an einem beliebigen Weichenbereich 4 der Weiche 3 mit Symbolen Heizeinrichtung 29, Symbolen Wärmestrahlung 30, Symbolen Konvektion 31, Symbolen Wärmeleitung 33 und Symbolen Wärmespeicher 32 zwischen den funktionsrelevanten Stellen 19 der Weiche 3, die durch Knoten K repräsentiert werden.In 3rd is the turnout for turnout segment 3rd a heating network according to the invention 26 for the left side 5 the soft 3rd and partly an analog heating network 27 for the right side 6 the soft 3rd according to a sectional view 1 at any area of the switch 3rd shown above the knot K Ambient temperature K TU are connected. Heaters 14 , 29 are, for example, on the stock rail 7 arranged on the inside of the stock rail base. The heating network 26 for the left side 5 the soft 3rd and the heating network 27 for the right side 6 the soft 3rd are based on a sectional view along the sliding chair plate 9 on the left 5 the soft 3rd and the opposite sliding chair plate 9 On the right side 6 the soft 3rd and the cross section of the stock rail 7 and the tongue rail 8th on the left 5 the soft 3rd and stock rail 7 and tongue rail 8th On the right side 6 the soft 3rd at any turnout area 4th the soft 3rd with symbols heating device 29 , Symbols heat radiation 30th , Symbols convection 31 , Symbols heat conduction 33 and symbols heat storage 32 between the functionally relevant positions 19th the soft 3rd by knots K be represented.

Im Wärmenetz 26 der linken Seite 5 der Weiche 3 ist zwischen der Umgebungstemperatur TU , die durch Knoten K Umgebungstemperatur KTU repräsentiert wird, und funktionsrelevanten Stellen 19, die ebenfalls durch Knoten K repräsentiert werden, ein Wärmenetz vorhanden, das mit bekannten Regeln berechnet werden wird. Die Knoten K für die funktionsrelevanten Stellen 19 der Weiche 3 für das Wärmenetz 26 für die linke Seite 5 der Weiche 3 und für das Wärmenetz 27 für die rechte Seite 6 der Weiche 3 sind gleich und entsprechend der Bewertungspunkte 37 bis 43, aber die Verlustleistungen der anliegende Zungenschiene 10 und abliegende Zungenschiene 11 sind unterschiedlich. Die folgende Tabelle zeigt den Zusammenhang zwischen den funktionsrelevanten Stellen 19, den entsprechenden Knoten K und der erforderlichen Weichentemperatur Tw, die an den jeweiligen Knoten K mit der Bezeichnung TW-op berechnet wird und in einem separaten Programm bewertet wird für das Wärmenetz 26 für die linke Seite 5 der Weiche 3. Das Wärmenetz 27 für die rechte Seite 6 der Weiche 3ist analog dazu und über den Knoten K Umgebungstemperatur KTU verbunden. Bezeichnung funktionsrelevante Stelle 19 Knoten K Erforderliche Weichentemperatur TW in Grad Celsius Umgebungstemperatur KTU Temperatur-Bereich + 10 °C bis - 20 °C Backenschienen-Fuß linke Seite KFu-Ba-Li größer als k fache der Schienensolltemperatur Backenschienen-Steg linke Seite KSt-Ba-Li Größer oder gleich Schienenmindesttemperatur Backenschienen-Kopf linke Seite KKo-Ba-Li Größer oder gleich Schienenmindesttemperatur Zungenschienen-Kopf linke Seite KKo-Zu-Li Größer oder gleich Schienenmindesttemperatur Zungenschienen-Steg linke Seite KSt-Zu-Li Größer oder gleich Schienenmindesttemperatur Zungenschienen-Fuß linke Seite KFu-Zu-Li Größer oder gleich Schienenmindesttemperatur Gleitstuhlplatte-mitte linke Seite KGl-mi-Li Größer oder gleich Schienenmindesttemperatur Gleitstuhlplatte-außen linke Seite KGl-au-Li Größer oder gleich Schienenmindesttemperatur In the heating network 26 the left side 5 the soft 3rd is between the ambient temperature T U by knots K Ambient temperature K TU is represented, and functionally relevant positions 19th , also by knots K represented, there is a heating network that will be calculated using known rules. The knots K for the functionally relevant positions 19th the soft 3rd for the heating network 26 for the left side 5 the soft 3rd and for the heating network 27 for the right side 6 the soft 3rd are the same and according to the evaluation points 37 to 43 , but the power loss of the adjacent tongue rail 10th and remote tongue rail 11 are different. The following table shows the relationship between the functionally relevant positions 19th , the corresponding node K and the required turnout temperature Tw that at the respective node K with the label T W op is calculated and evaluated in a separate program for the heating network 26 for the left side 5 the soft 3rd . The heating network 27 for the right side 6 the switch 3 is analogous to this and over the knot K Ambient temperature K TU connected. Name of functionally relevant position 19 Knot K Required turnout temperature T W in degrees Celsius Ambient temperature K TU Temperature range + 10 ° C to - 20 ° C Stock rail foot left side K Fu-Ba-Li greater than k times the nominal rail temperature Stock rail bar left side K St-Ba-Li Greater or equal minimum rail temperature Stock rail head left side K Ko-Ba-Li Greater or equal minimum rail temperature Tongue rail head left side K Ko-Zu-Li Greater or equal minimum rail temperature Tongue rail bridge on the left side K St-Zu-Li Greater or equal minimum rail temperature Tongue rail foot left side K Fu-Zu-Li Greater or equal minimum rail temperature Sliding chair plate-middle left side K Gl-mi-Li Greater or equal minimum rail temperature Sliding chair plate outside left side K Gl-au-Li Greater or equal minimum rail temperature

Zur Berechnung der Weichentemperaturen der Weiche 3 und der Verlustleistungen wird das Weichensegment in Abschnitte zerlegt und jeder Abschnitt wird durch einen Knoten K repräsentiert, der die mittlere Weichentemperatur Tw des zugeordneten Abschnittes angibt. Die Größe der Abschnitte bzw. die Anzahl der Knoten K hängen von der geforderten Nachbildungsgenauigkeit ab. Für alle Knoten K werden die Verlustleistungen und Wärmewiderstände und Wärmekapazitäten aus den Stoffeigenschaften, den geometrischen Größen und den vorherrschenden Belastungen durch Heizstrom IN und Umwelt berechnet. Aus der Verbindung der Knoten K durch Widerstände, Kondensatoren und Spannungsquellen entsteht ein Netzwerk, das mit Hilfe des Knoten- und Maschensatzes numerisch gelöst werden kann. Wird die Leistungsbilanz für einen Knoten K erstellt, gilt der Kirchhoffsche Satz (Knotensatz). P S + P K + P L = P L e i + P c

Figure DE102018007263A1_0022
To calculate the turnout temperatures of the turnout 3rd and the power dissipation, the turnout segment is broken down into sections and each section is separated by a node K represents the average switch temperature Tw of the assigned section. The size of the sections or the number of nodes K depend on the required replication accuracy. For all nodes K the power losses and thermal resistances and thermal capacities from the material properties, the geometric sizes and the prevailing loads from heating current IN and environment calculated. From the connection of the nodes K resistors, capacitors and voltage sources create a network that can be solved numerically with the help of knots and meshes. Will the current account for a node K created, the Kirchhoff theorem (knot theorem) applies. P S + P K + P L = P L e i + P c
Figure DE102018007263A1_0022

Nach dem 2. Kirchhoffschen Satz (Maschensatz) folgt, dass entlang einer geschlossenen Linie, d. h. einer Masche, die Summe der vorzeichenbehafteten Temperaturdifferenzen gleich Null ist. Mit einem Softwareprogramm erfolgt die Berechnung der Verlustleistungen und der Wärmetransportvorgänge. Die temperaturabhängigen Wärmeleistungen und Wärmewiderstände werden entsprechend den bekannten Berechnungsgrundlagen berechnet und an den funktionsrelevanten Stellen 19 der Weiche 3, die im Wärmenetz 26, 27 durch Knoten K repräsentiert werden, und unter Einbeziehung der Wärmekapazitäten die Endtemperatur und der zeitliche Verlauf der Weichentemperaturen berechnet.According to the 2nd Kirchhoff theorem (mesh set) it follows that along a closed line, ie a mesh, the sum of the signed temperature differences is zero. A software program is used to calculate the power losses and the heat transfer processes. The temperature-dependent heat outputs and thermal resistances are calculated according to the known calculation bases and at the functionally relevant points 19th the soft 3rd that in the heating network 26 , 27 through knots K are represented, and taking into account the heat capacities, the final temperature and the temporal course of the switch temperatures are calculated.

In 4 wird zunächst die Anheizzeit tA dargestellt. Bei erfüllten Bedingungen für den Heizbetrieb, bspw. bei Schnee, wird über Signal Heizanforderung aus der Steuereinheit die Heizung in Betrieb gesetzt und die Heizeinrichtungen 14 an den Backenschienen 7 werden eingeschaltet und nach erreichender Weichensolltemperatur TSoll über Zweipunktregelung mit Hysterese geregelt und dadurch die Teile der Weiche 3 erwärmt. Die nicht mit Heizeinrichtung 14 versehenen Zungenschienen 8 und Gleitstuhlplatten 9 werden durch Wärmeleitung und Strahlung erwärmt. Die Anheizzeit tA beginnt mit Aktivierung der Heizung und endet bei Erreichen der Weichensolltemperatur TSoll an einem Weichentemperatursensor 28, der unter dem Fuß an einer Backenschiene 7 angeordnet ist. Die Dauer der Anheizzeit tA ist von vielen Faktoren abhängig und soll zur Sicherung der Verfügbarkeit berechnet, überwacht und bei Bedarf entsprechende Maßnahmen eingeleitet werden.In 4th is the heating time t A shown. If the conditions for heating operation are fulfilled, for example when there is snow, the heating and the heating devices are put into operation via the heating request signal from the control unit 14 on the stock rails 7 are switched on and after reaching the set point temperature T target regulated via two-point control with hysteresis and thereby the parts of the switch 3rd warmed up. The not with heater 14 provided tongue rails 8th and sliding chair plates 9 are heated by heat conduction and radiation. The heating time t A starts when the heating is activated and ends when the set point temperature is reached T target on a switch temperature sensor 28 that is under the foot on a stock rail 7 is arranged. The duration of the heating time t A is dependent on many factors and should be calculated, monitored and, if necessary, appropriate measures taken to ensure availability.

Die Berechnung der Anheizzeit tA erfolgt für zumindest ein Weichensegmente für die linke Seite 5 der Weiche 3 und die rechte Seite 6 der Weiche 3 in mehreren Schritten unter Berücksichtigung von Zeiten, in denen die Erwärmung des Weichensegments bis zur Weichenmindesttemperatur TW-min der Weiche 3, Schnee schmelzen, Verdampfen von Wasser und danach bis zur Weichensolltemperatur TSoll der Weiche 3 erfolgt. In 4 ist der zeitliche Verlauf der Weichentemperatur TW-Fu-Ba der Weiche 3 am Fuß einer Backenschiene 7 und der Weichentemperatur T W-GL-au außen der Weiche 3 der Gleitstuhlplatte 9 an einer Seite, bspw. der linken Seite 5 der Weiche 3, dargestellt. Im Folgenden werden die einzelnen Zeitabschnitte erläutert. Aufgrund der Massenträgheit besteht bei Betrieb eine Totzeit tT von t1 bis t2 . Die Totzeit tT wird berechnet.The calculation of the heating time t A is done for at least one turnout segment for the left side 5 the soft 3rd and the right side 6 the soft 3rd in several steps, taking into account times in which the heating of the turnout segment up to the minimum turnout temperature T W-min the soft 3rd , Melt snow, evaporate water and then up to the set point temperature T target the soft 3rd he follows. In 4th is the time course of the turnout temperature T W-Fu-Ba the soft 3rd at the foot of a stock rail 7 and the switch temperature T W-GL-au outside the switch 3rd the sliding chair plate 9 on one side, for example the left side 5 the soft 3rd , shown. The individual time periods are explained below. Due to the inertia there is a dead time during operation t T of t 1 to t 2 . The dead time t T is being computed.

Die Anheizzeit tA ist die Zeit bis zum Erreichen der Schmelztemperatur von Schnee bis zur Zeit t 2.1 . Ab der Zeit t2 wird die Weiche 3 bis zur Schmelztemperatur TS erwärmt, die zur Zeit t 2.1 erreicht wird. Die Berechnung der Anheizzeit tA erfolgt über mit dem Wärmenetzmodell ermittelten Wärmewiderstand Rth und Wärmekapazität Cth und der Verlustleistung der Weiche 3 auf Grundlage des zeitlichen Verlaufs beginnend ab Weichentemperatur kalte Schiene TK der Weiche 3 bis zum Erreichender Schmelztemperatur TS bspw. über die Formeln t A 1 = τ ln τ =R t h C t h

Figure DE102018007263A1_0023
τ = ( 1 ( 1 ( a b s T u ( 1 ( a b s T K T u ) ) ) )
Figure DE102018007263A1_0024
The heating time t A is the time until the melting temperature of snow is reached t 2.1 . From time t 2 becomes the switch 3rd up to the melting temperature T S warmed up at the moment t 2.1 is achieved. The calculation of the heating time t A takes place via thermal resistance determined with the heating network model R th and heat capacity C th and the power loss of the switch 3rd cold rail based on the time course starting from the switch temperature T K the soft 3rd until the melting temperature is reached T S for example using the formulas t A 1 = τ ln τ = R t H C. t H
Figure DE102018007263A1_0023
τ = ( 1 ( 1 - ( a b s T u ( 1 - ( a b s T K - T u ) ) ) )
Figure DE102018007263A1_0024

Die Zeit zum Schmelzen der gefallenen oder projektspezifisch erforderlichen Schneemenge besteht aus zwei Teilzeiten tA2 und tA3 . Während der Zeit tA2 wird die Zeit zum Schmelzen der Schneemenge aus der Zeit tA1 berechnet und während der Zeit tA3 wird die während der Zeit tA2 gefallene Schneemenge berechnet. Die Berechnung der Schmelzleistung pro Stunde erfolgt aus Schneemenge hS und den waagerechten Flächen des Weichensegments und einer mittleren Dichte von Schnee, z.B. von 100 kg/m3 bei Lufttemperatur kleiner 0 °C und 200 kg/m3 bei Lufttemperatur größer 0 °C und einer mittleren spezifischen Schmelzwärme von bspw. 335 kJ/Kg. Schnee beginnt bei 0 °C zu schmelzen. Die Berechnung der spezifischen Leistung erfolgt deshalb bspw. bei einer Weichentemperatur von 0 °C an der Backenschiene 7 unter Berücksichtigung der erforderlichen optimalen spezifischen Leistung der Heizeinrichtung 14 zur Erhaltung der Schmelztemperatur der Backenschiene 7, die der Summe der Verlustleistungen bei dieser Schmelztemperatur entspricht.The time to melt the amount of snow that has fallen or is required for a specific project consists of two part-times t A2 and t A3 . During the time t A2 becomes the time to melt the amount of snow from the time t A1 calculated and over time t A3 will that during the time t A2 fallen amount of snow calculated. The melting capacity per hour is calculated from the amount of snow h p and the horizontal surfaces of the turnout segment and an average density of snow, for example of 100 kg / m 3 at an air temperature of less than 0 ° C and 200 kg / m 3 at an air temperature of more than 0 ° C and an average specific heat of fusion of, for example, 335 kJ / kg . Snow begins to melt at 0 ° C. The specific power is therefore calculated, for example, at a switch temperature of 0 ° C on the stock rail 7 taking into account the required optimal specific performance of the heating device 14 to maintain the melting temperature of the stock rail 7 , which corresponds to the sum of the power losses at this melting temperature.

Die Berechnung der gesamten Anheizzeit tA2 plus tANH3 zum Schmelzen des gesamten Schneemenge aus der Anheizzeit tA1 und der Anheizzeit tA2 erfolgt aus dem Produkt aus Schmelzleistung pro Stunde und der Summe aus Zeit tANH1 und Zeit tANH2 und Totzeit tT .The calculation of the total heating time t A2 plus t ANH3 for melting the entire amount of snow from the heating time t A1 and the heating time t A2 is the product of the melting capacity per hour and the sum of time t ANH1 and time t ANH2 and dead time t T .

Nachdem der Schnee geschmolzen ist, wird die Weiche 3 weiter erwärmt. Die Anheizzeit tA4 beginnt zur Zeit t 2.3 und endet mit Erreichen der Schienensolltemperatur TSoll der Weiche 3 durch den Weichentemperatursensor 28. Die Berechnung der Anheizzeit tA4 erfolgt über das mit Wärmenetzmodell ermittelten Wärmewiderstand Rth und Wärmekapazität Cth und der Verlustleistung auf Grundlage des zeitlichen Verlaufs beginnend ab Schmelztemperatur bis zum Erreichen der Weichensolltemperatur analog Pkt. 1 mit entsprechend absoluter Weichentemperatur aus der Differenz Weichensolltemperatur und Schmelztemperatur. After the snow has melted, the switch becomes 3rd warmed further. The heating time t A4 currently starts t 2.3 and ends when the target rail temperature is reached T target the soft 3rd through the switch temperature sensor 28 . The calculation of the heating time t A4 takes place via the thermal resistance determined with the thermal network model R th and heat capacity C th and the power loss based on the time course starting from the melting temperature until reaching the set point temperature analogous to point 1 with a corresponding absolute point temperature from the difference between the set point temperature and the melting temperature.

Während der Anheizzeit tA5 wird der Schnee aus der Anheizzeit tA4 geschmolzen. Die Berechnung erfolgt analog der Anheizzeit tA2 bzw. tA3 .During the heating up period t A5 the snow from the heating up time t A4 melted. The calculation is carried out analogously to the heating time t A2 respectively. t A3 .

Die gesamte Anheizzeit tA dauert von Zeit t1 bis t7 und wird aus der Summe aus Totzeit und Anheizzeiten tA1 bis tA5 ermittelt und bewertet.The total heating time t A takes time t 1 to t 7 and is the sum of dead time and heating times t A1 to t A5 determined and evaluated.

In 5 ist ein Programmablauf für die Dimensionierung einer erfindungsgemäßen Weichenheizung 1 mit Berechnung der erforderlichen spezifischen Leistung der Heizeinrichtungen 14 in Abhängigkeit aller möglichen projektspezifische Eingabewerte, Parameter und Umgebungsbedingen dargestellt.

  1. 1. Schritt: Start
  2. 2. Schritt: Parametereingabe
    Die Parameter sind:
    minimale Umgebungstemperatur TU-min Weichensolltemperatur TSoll der Weiche 3 Weichenmindesttemperatur TW-min der Weiche 3 maximale Windgeschwindigkeit vmax , maximale Schneemenge in cm pro Zeiteinheit h S-max , Weichenprofil R
  3. 3. Schritt: Parametrieren funktionsrelevanter Stellen Funktionsrelevante Stellen (19) sind bspw. Weichentemperatur Fuß-Backenschiene an- und abliegend linke Seite (T Fu-Ba-an , T Fu-Ba-ab ) Weichentemperatur Kopf-Backenschiene an- und abliegend (T Ko-Ba-an , T Ko-Ba-ab ) Weichentemperatur Kopf-Zungenschiene an- und abliegend (T Ko-Zu-an , T Ko-Zu-ab ) Weichentemperatur Gleitstuhl-außen an- und abliegend (T GL-au-an , TGL-au-ab ) Spezifische Schneemenge an- und abliegend (h S-an , h S-ab ) an Weichenspitze 16, Weichenmitte 17 und Weichenende 18 jeweils eines Weichensegments. Die Heizeinrichtungen 14 sollen bspw. an den Backenschienen 7 angebracht werden, der Einbau der Heizeinrichtungen 14 erfolgt am Schienenfuß, die Weiche 3 soll ohne Wärme- bzw. Winddämmung ausgerüstet werden. Jede funktionsrelevante Stelle 19 wird durch einen Knoten K mit hier nicht näher bezeichneter Ortsangabe repräsentiert.
  4. 4. Schritt: Berechnen der Weichentemperaturen und spezifischen Verlustleistungen ΣPV1 für 1. Weichensegment mittels Wärmenetzmodell aus den Stoffeigenschaften, den geometrischen Größen und den eingegebenen Parametern und Ausgabe der Summe Verlustleistung des Weichensegments und der Weichentemperaturen für die funktionsrelevanten Stellen 19 anliegende und abliegende Seite des Weichensegments
  5. 5. Schritt: Berechnen spezifische Verlustleistungen ΣPVn für weitere Weichensegmente analog 4. Schritt
  6. 6. Schritt: Die erforderliche spezifische Heizleistung Perf ergibt sich aus der Summe der Verlustleistungen ΣPVn jedes Weichensegments.
  7. 7. Schritt: Prüfen, wird mit der berechneten spezifischen Leistung an dem Standort des Weichentemperatursensors, anliegende oder abliegende Seite, die Weichensolltemperatur erreicht? Bei „Ja“ weiter zu Schritt 10., bei „Nein“ weiter zu Schritt 8.
  8. 8. Schritt: Bewertung Die berechnete Weichenendtemperatur der Weiche 3 am Fuß Backenschiene anliegende Seite TW-Fu-Ba-an oder abliegende Seite TW-Fu-Ba-ab ist kleiner als die Weichensolltemperatur TSoll der Weiche 3, Ergebnis ist Weichenendtemperatur der Weiche 3 an Backenschienenfuß (TW-Fu-Ba ) ist zu gering, die Weichensolltemperatur TSoll der Weiche 3 wird nicht erreicht, weiter mit Schritt 9.
  9. 9. Schritt: Erhöhen der spezifischen Leistung P der Heizeinrichtung 14 um einen Leistungszuschlag p von bspw. 10 Watt pro Meter und Wiederholung der Berechnung nach Schritt 4.
  10. 10. Schritt: Prüfen, ist die berechnete Weichenendtemperatur der Weiche 3 am Kopf Backenschiene anliegende Seite TW-Ko-Ba-an oder abliegende Seite TW-Ko-Ba-ab kleiner als die Weichenmindesttemperatur TW-Min der Weiche 3? Ist bspw. die berechnete Weichentemperatur der Weiche 3 an Kopf-Backenschiene Top-Ko-Ba der anliegenden oder abliegende Seite kleiner als die parametrierte Weichenmindesttemperatur TW-Min , weiter mit Schritt 9. Ist die berechnete Weichentemperatur der Weiche 3 an Kopf-Backenschiene anliegende und abliegende Seite (T op-Ko-Ba-an , T op-Ko-Ba-ab ) größer oder gleich der Schienenmindesttemperatur der Weiche 3, weiter zu Schritt 11.
  11. 11. Schritt: Prüfen, ist die berechnete Weichenendtemperatur der Weiche 3 am Kopf-Zungenschiene 21 anliegende Seite Top-Ko-zu-an oder abliegende Seite TW-Ko-Zu-ab kleiner als die Weichenmindesttemperatur TW-Min der Weiche 3? Bei „JA“ weiter zu Schritt 9., bei „Nein“ weiter zu Schritt 12.
  12. 12. Schritt: Prüfen, ist die berechnete Weichenendtemperatur der Weiche 3 an Außen-Gleitstuhlplatte anliegende Seite TW-GL-au -an oder abliegende Seite TW-GL-au-ab kleiner als die Weichenmindesttemperatur TW-Min der Weiche 3? Bei „JA“ weiter zu Schritt 9., bei „Nein“ weiter zu Schritt 13.
  13. 13. Schritt: Schneemenge wird geschmolzen Prüfen, wird die maximale Schneemenge geschmolzen oder nicht über Vergleich der Summe aus berechneter spezifischer Erhaltungsleistung PErh bei Weichenmindesttemperatur TW-Min der Weiche 3 und spezifischer Schmelzleistung PSm für die maximale Schneemenge hS mit der berechneten spezifischen Leistung (Pop )? Ist die berechnete spezifische Leistung Pop größer oder gleich der Summe aus Erhaltungsleistung PErh und Schmelzleistung Psm, weiter zu Schritt 14., sonst weiter zu Schritt 9.
  14. 14. Schritt: Ausgabe der erforderlichen spezifischen Leistung Heizeinrichtung P für eine Weichenheizung 1, die im automatischen Betrieb bis zu den Eingabeparametern die Verfügbarkeit der Weiche im Winter bei geringen Energieverbrauch gewährleistet.
In 5 is a program flow for the dimensioning of a point heater according to the invention 1 with calculation of the required specific power of the heating devices 14 displayed depending on all possible project-specific input values, parameters and environmental conditions.
  1. Step 1: start
  2. Step 2: entering parameters
    The parameters are:
    minimum ambient temperature T RPM Turnout target temperature T target the soft 3rd Switch minimum temperature T W-min the soft 3rd maximum wind speed v max , maximum amount of snow in cm per unit of time h S-max , Switch profile R
  3. Step 3: Parameterize function-relevant positions Function-relevant positions ( 19th ) are, for example, switch temperature of the foot and stock rail on and off the left side ( T Fu-Ba-an , T Fu-Ba-ab ) Switch temperature head-cheek rail on and off ( T Ko-Ba-an , T Ko-Ba-ab ) Switch temperature head-tongue rail on and off ( T Ko-Zu-an , T Ko-Zu-ab ) Switch temperature outside and outside of the sliding chair ( T GL-au-an , T GL-au-ab ) Specific amount of snow on and off ( h S-an , h S-down ) at the turnout tip 16 , Switch center 17th and point end 18th one turnout segment each. The heaters 14 should, for example, on the stock rails 7 be installed, the installation of the heating devices 14 takes place at the rail foot, the switch 3rd should be equipped without thermal or wind insulation. Every functionally relevant position 19th is through a knot K represented with location not specified here.
  4. Step 4: Calculate the switch temperatures and specific power losses ΣP V1 for 1st turnout segment using a heat network model from the material properties, the geometric sizes and the entered parameters and output of the total power loss of the turnout segment and the turnout temperatures for the functionally relevant points 19th adjacent and remote side of the switch segment
  5. Step 5: Calculate specific power losses ΣP Vn for further turnout segments analogous to step 4
  6. Step 6: The specific heating power required P erf results from the sum of the power losses ΣP Vn of each turnout segment.
  7. 7th step: Check, is the setpoint temperature reached with the calculated specific power at the location of the turnout temperature sensor, adjacent or remote side? If yes, go to step 10th ., with "No" continue to step 8th .
  8. Step 8: Evaluation The calculated turnout end temperature of the turnout 3rd side resting on the stock rail T W-Fu-Ba-an or remote side T W-Fu-Ba-ab is lower than the set point temperature T target the soft 3rd , The result is the turnout end temperature of the turnout 3rd on stock rail base ( T W-Fu-Ba ) is too low, the set point temperature T target the soft 3rd is not reached, continue with step 9 .
  9. Step 9: Increase specific performance P the heater 14 by a power surcharge p of, for example, 10 watts per meter and repeating the calculation after step 4th .
  10. Step 10: Check is the calculated turnout end temperature of the turnout 3rd side resting on the head stock T W-Ko-Ba-an or remote side T W-Ko-Ba-ab less than the minimum switch temperature T W min the soft 3rd ? For example, the calculated turnout temperature of the turnout 3rd on head-rail T op-Ko-Ba the adjacent or remote side is less than the parameterized minimum switch temperature T W min , continue with step 9 . Is the calculated turnout temperature of the turnout 3rd side resting against head-cheek rail ( T op-Ko-Ba-an , T op-Ko-Ba-ab ) greater than or equal to the minimum rail temperature of the switch 3rd , continue to step 11 .
  11. Step 11: Check, is the calculated turnout end temperature of the turnout 3rd on the head-tongue rail 21 adjacent side T op-Ko-zu-an or remote side T W-Ko-Zu-ab less than the minimum switch temperature T W min the soft 3rd ? If yes, go to step 9 ., with "No" continue to step 12th .
  12. Step 12: Check, is the calculated turnout end temperature of the turnout 3rd side lying on the outer sliding chair plate T W-GL-au -an or remote side T W-GL-au-ab less than the minimum switch temperature T W min the soft 3rd ? If yes, go to step 9 ., with "No" continue to step 13 .
  13. Step 13: Amount of snow is melted Check whether the maximum amount of snow is melted or not by comparing the sum of the calculated specific maintenance performance P Erh at minimum switch temperature T W min the soft 3rd and specific melting capacity P Sm for the maximum amount of snow h p with the calculated specific power ( P op )? Is the calculated specific power P op greater than or equal to the sum of maintenance work P Erh and melt power Psm, go to step 14 ., otherwise go to step 9 .
  14. Step 14: Output of the required specific heater power P for a point heater 1 which, in automatic operation up to the input parameters, guarantees the availability of the turnout in winter with low energy consumption.

In 6 ist der Programmablauf für den Nachweis der Funktion der erfindungsgemäßen Weichenheizung 1 in Abhängigkeit der minimalen Umgebungstemperatur Tu , der vorhandenen spezifischen Leistung Heizeinrichtung P, der Weichensolltemperatur TSoll der Weiche 3 bei maximaler Windgeschwindigkeit vmax für das Schienenprofil R der Weiche 3 sowie eine mögliche maximale Schneemenge pro Stunde hS-max und Standort der Heizeinrichtungen 14 an Backenschiene 7 und/oder Zungenschiene 8 und/oder Gleitstuhlplatte 9 dargestellt. Mit einem derartigen Verfahren kann die Grenze der Funktion der erfindungsgemäßen Weichenheizung 1 und damit die Verfügbarkeit der Weiche 3 im Winter für eine standardmäßig ausgeführte Weichenheizung 1 ermittelt und bewertet werden und das auch bei Betrieb mit aktueller Lufttemperatur, Schneemenge pro Stunde und Windgeschwindigkeit v. In 6 wird die Verfügbarkeit der Weiche 3 im Winter in Abhängigkeit der Weichentemperaturen der Weiche 3 an den funktionsrelevanten Stellen 19 der abliegenden (rechten) Seite 6 der Weiche 3 und der anliegenden Seite 5 der Weiche 3 Kopf-Backenschienen, Kopf-Zungenschiene und Außen-Gleitstuhlplatte über Vergleich mit der Weichenmindesttemperatur TW-Min der Weiche 3 und die Funktion Schneeschmelzen während der Anheizzeit tANH über Vergleich der spezifischen Leistung Heizeinrichtung P mit der erforderlichen spezifischen Leistung Perf, die sich aus der Summe Erhaltungsleistung PErh und Leistung Schmelzwärme PSm ergibt, ermittelt und die möglichen Defizite ermittelt bzw. die Funktion der Weichenheizung 1 in Abhängigkeit der Witterung bestätigt.In 6 is the program sequence for demonstrating the function of the point heater according to the invention 1 depending on the minimum ambient temperature T u , the existing specific power heater P , the set point temperature T target the soft 3rd at maximum wind speed v max for the rail profile R the soft 3rd as well as a possible maximum amount of snow per hour h S-max and location of the heaters 14 on stock rail 7 and / or tongue rail 8th and / or sliding chair plate 9 shown. With such a method, the limit of the function of the point heater according to the invention can be 1 and thus the availability of the switch 3rd in winter for a standard point heater 1 be determined and evaluated, even when operating with the current air temperature, amount of snow per hour and wind speed v. In 6 the availability of the switch 3rd in winter depending on the turnout temperature of the turnout 3rd at the functionally relevant points 19th the far (right) side 6 the soft 3rd and the adjacent page 5 the soft 3rd Head-stock rails, head-tongue rail and outer sliding chair plate by comparison with the minimum switch temperature T W min the soft 3rd and the function snow melting during the heating-up time t APPENDIX over comparison of specific power heater P with the required specific power Perf, which results from the sum of the maintenance power PErh and the heat output PSm, and determines the possible deficits or the function of the point heater 1 depending on the weather confirmed.

Nachfolgend werden die Schritte für die Bewertung einer vorhandenen Weichenheizung 1 bei minimaler Umgebungstemperatur TU-min , maximaler Schneemenge pro Stunde hS und max. Windgeschwindigkeit Vmax dargestellt.

  • Schritt1: Start des Programmes
  • Schritt 2: Eingabe von minimal zu erwartender Umgebungstemperatur TUmin , spezifischen Leistungen Heizeinrichtung P, Weichensolltemperatur TSoll , maximaler Windgeschwindigkeit Vmax, Schienenprofil R der Weiche 3, maximaler Schneemenge pro Stunde hs und Standort der Heizeinrichtungen 14 an Backenschiene 7 und/oder Zungenschiene 8 und/oder Gleitstuhlplatte 9, Weichenmindesttemperatur Tmin.
  • Schritt 3: Die optimale spezifische Leistung Heizeinrichtung anliegende (linke) Seite P op-Li und die optimale spezifische Leistung Heizeinrichtung abliegende (rechte) Seite P op-Re ergibt sich aus der spezifischen Leistung Heizeinrichtung P an den jeweiligen Backenschienen 7, Zungenschienen 8 bzw. Gleitstuhlplatten 9.
  • Schritt 4: Für anliegende (linke) Seite 5 der Weiche 3 und abliegende (rechte) Seite 6 der Weiche 3 wird je ein Weichensegment mit je einem Wärmenetzmodell gebildet, wobei für die anliegende (linke) Seite 5 der Weiche 3 die Zungenschiene 8 bspw. anliegend und für die abliegende (rechte) Seite 6 der Weiche 3 die Zungenschiene 8 abliegend dargestellt ist, und es erfolgt über Berechnung der Verlustleistungen Strahlung PSt , Konvektion PK , Wärmeleitung PL , Schmelzwärme PSm und Wärmespeicherung PC bei spezifischer Leistung Heizeinrichtung P die Berechnung der Weichentemperatur T der Weiche 3 zur Zeit t6 der Anheizzeit tA bei Erreichen der Weichensolltemperatur TSoll der Weiche 3 und über Berechnung der Erhaltungsleistung zum Zeit t2.1 der Anheizzeit tA bei Erreichen der Weichenmindesttemperatur Tmin der Weiche 3.
  • Schritt 5: Ausgabe der Weichentemperaturen T und der Summe der Verlustleistungen anliegenden (linken) Seite ΣPV-Li und der Summe der Verlustleistungen abliegende (rechte) Seite ΣPV-Re
  • Schritt 6: Prüfen, ist die berechnete optimale Weichentemperatur T der Weiche 3 am Weichentemperatursensor 28, bspw. an Fuß-Backenschiene anliegende (linke) Seite, anliegend, und abliegende (rechte) Seite 6, größer als die Weichensolltemperatur TSoll der Weiche 3 unter Berücksichtigung eines Faktors k, bspw. von 1,5? Wenn „JA“ weiter zu Schritt 7., wenn „NEIN“ weiter zu Schritt 13..
  • Schritt 7: Prüfen, ist die berechnete optimale Weichentemperatur T der Weiche 3 am Kopf-Zungenschiene anliegend (linke Seite 5) und abliegend (rechte Seite 6) größer oder gleich der Weichenmindesttemperatur der Weiche 3? Wenn „JA“ weiter zu Schritt 8., wenn „NEIN“ weiter zu Schritt 13..
  • Schritt 8: Prüfen, ist die berechnete optimale Weichentemperatur T der Weiche 3 an Außen-Gleitstuhlplatte anliegend (linke Seite 5) und abliegend (rechte Seite 6) größer oder gleich der Weichenmindesttemperatur der Weiche 3? Wenn „JA“ weiter zu Schritt 14., wenn „NEIN“ weiter zu Schritt 13..
  • Schritt 9: Ermitteln der erforderlichen spezifischen Leistung aus der Summe von Erhaltungsleistung zur Erhaltung der Weichenmindesttemperatur der Weiche 3 an Backenschiene 7 und Schmelzleistung anliegende (linke) Seite PSm-Li und Schmelzleistung abliegende (rechte) Seite PSm-Li zum Schmelzen der bisher gesamten Schneemenge, die sich aus erfasster Schneemenge pro Zeiteinheit und der Zeit t2.3 der Anheizzeit tA ergibt.
  • Schritt 10: Prüfen, ist die erforderliche spezifische Leistung der anliegenden (linken) Seite P erf-Li oder die erforderliche spezifische Leistung der abliegenden (rechten) Seite P erf-Re kleiner gleich der spezifischen Leistung Heizeinrichtung P? Wenn „JA“ weiter zu Schritt 11., wenn „NEIN“ weiter zu Schritt 12..
  • Schritt 11: Die gefallene Schneemenge ist kleiner oder gleich der geschmolzenen Schneemenge. Der gefallene Schnee wird während der Anheizzeit geschmolzen.
  • Schritt 12: Die gefallene Schneemenge ist größer der geschmolzenen Schneemenge. Der gefallene Schnee wird während der Anheizzeit nicht geschmolzen.
  • Schritt 13: Ausgabe Defizit für anliegende und abliegende Seite mit hier nicht näher angeführtem Text.
  • Schritt 14: Ausgabe der Betriebsgrenzwerte mit bspw. Minimalwerten aus Weichentemperaturen der Weiche 3 anliegende (linke) Seiten 5 und abliegende (rechte) Seiten 6 Kopf-Backenschienen, Kopf-Zungenschienen sowie geschmolzene Schneemenge.
Below are the steps for evaluating an existing point heater 1 at minimum ambient temperature T RPM , maximum amount of snow per hour hS and max. Wind speed Vmax shown.
  • Step 1: start the program
  • step 2nd : Enter the minimum expected ambient temperature T Umin , specific heating services P , Set point temperature T target , maximum wind speed Vmax, rail profile R the soft 3rd , maximum amount of snow per hour hs and location of the heating devices 14 on stock rail 7 and / or tongue rail 8th and / or sliding chair plate 9 , Minimum switch temperature Tmin.
  • step 3rd : The optimal specific performance heating device adjacent (left) side P op-Li and the optimal specific performance heater remote (right) side P op-Re results from the specific performance of the heating device P on the respective stock rails 7 , Tongue rails 8th or sliding chair plates 9 .
  • step 4th : For the adjacent (left) side 5 the soft 3rd and remote (right) side 6 the soft 3rd a turnout segment is formed with a heat network model, whereby for the adjacent (left) side 5 the soft 3rd the tongue rail 8th e.g. adjacent and for the remote (right) side 6 the soft 3rd the tongue rail 8th is shown remote, and it is done by calculating the power losses radiation P St , Convection P K , Heat conduction P L , Heat of fusion P Sm and heat storage P C with specific power heater P the calculation of the switch temperature T the soft 3rd at time t6 of the heating time t A when the set point temperature is reached T target the soft 3rd and about calculating the Maintenance performance at time t2.1 of the heating time t A when the turnout minimum temperature Tmin is reached 3rd .
  • step 5 : Output of turnout temperatures T and the sum of the power losses on the (left) side ΣP V-Li and the sum of the power losses on the right-hand side ΣP V-Re
  • step 6 : Check, is the calculated optimal switch temperature T the soft 3rd on the switch temperature sensor 28 , for example on the left side of the cheek splint, adjacent, and the far side (right) 6 , greater than the set point temperature T target the soft 3rd taking into account a factor k , e.g. from 1.5? If "YES" go to step 7 . if "NO" go to step 13 ..
  • step 7 : Check, is the calculated optimal switch temperature T the soft 3rd on the head-tongue rail (left side 5 ) and remote (right side 6 ) greater than or equal to the minimum switch temperature 3rd ? If "YES" go to step 8th . if "NO" go to step 13 ..
  • step 8th : Check, is the calculated optimal switch temperature T the soft 3rd on the outer sliding chair plate (left side 5 ) and remote (right side 6 ) greater than or equal to the minimum switch temperature 3rd ? If "YES" go to step 14 . if "NO" go to step 13 ..
  • step 9 : Determine the specific power required from the sum of the maintenance power to maintain the minimum switch temperature of the switch 3rd on stock rail 7 and melting capacity on the (left) side P Sm-Li and melting performance on the far right side P Sm-Li for melting the total amount of snow so far, which results from the amount of snow recorded per unit of time and time t2.3 the heating time t A results.
  • step 10th : Check is the required specific power of the adjacent (left) side P erf-Li or the required specific power of the remote (right) side P erf-Re less than or equal to the specific power of the heating device P ? If "YES" go to step 11 . if "NO" go to step 12th ..
  • step 11 : The amount of snow fallen is less than or equal to the amount of melted snow. The fallen snow is melted during the heating time.
  • step 12th : The amount of snow fallen is larger than the amount of melted snow. The fallen snow is not melted during the heating up period.
  • step 13 : Output deficit for adjacent and remote page with text not specified here.
  • step 14 : Output of the operating limit values with, for example, minimum values from the switch temperatures of the switch 3rd adjacent (left) pages 5 and remote (right) pages 6 Head stock rails, head tongue rails and melted snow.

Das gleiche Programm kann in die Steuerung und Regelung integriert werden, indem anstelle von Minimalwerten bzw. Maximalwerten die aktuelle Umgebungstemperatur, Windgeschwindigkeit und Schneemenge eingelesen werden und geeignete Korrekturmaßnahmen oder Warnmeldungen aktiviert werden. Eine geeignete Korrektur ist bspw. zusätzliche Heizeinrichtungen an den Gleitstuhlplatten 9 oder Zungenschienen 8 anzuordnen und die Heizeinrichtungen an diesen zuerst zu aktivieren, so dass aufgrund der geringen Masse die möglichen Probleme gelöst werden. In 7 ist der Programmablaufplan für die Steuerung und Regelung einer erfindungsgemäßen Weichenheizung 1 für eine Weiche 3 mit Schienenprofil R54 durch Berechnen und Bewerten des zeitlichen Verlaufs der Weichentemperaturen der Weiche 3, der Weichenendtemperatur der Weiche 3 und der Anheizzeit tA an den im Winter bei Eis und Schnee funktionsrelevanten Stellen 19 eines Weichensegments mit spezifischer Länge Iseg für eine linke Seite und eine rechte Seite an einer nicht näher bezeichneten Stelle der Weiche 3 entsprechen. Die in 7 dargestellten Knoten K entsprechen den in 1 dargestellten Bewertungspunkt Fuß-Backenschiene 37, Bewertungspunkt Kopf-Zungenschiene 41, Bewertungspunkt Fuß-Zungenschienen 40, Bewertungspunkt Mitte-Gleitstuhlplatte 42 und Bewertungspunkt Außen-Gleitstuhlplatte 43 für die linke Seite 5 der Weiche 3 und die rechte Seite 6 der Weiche 3 über die Länge der Weiche 3, die durch Weichenbereiche 4 Weichenspitze 16, Weichenmitte 17 und Weichenende 18 gekennzeichnet sind, wobei jeder Weichenbereich durch ein Weichensegment linke Seite 5 der Weiche 3 und ein gegenüberliegendes Weichensegment an der rechten Seite 6 der Weiche 3 repräsentiert wird. Die Einteilung der Weiche 3 in linke Seite 5 und rechte Seite 6 erfolgt bspw. von der Weichenspitze 16 in Blickrichtung Weichenende 18.

  • Schritt 1. Eingabe Beispielhaft erfolgt die Eingabe für eine Weiche 3 mit Heizeinrichtung 14 mit spezifischer Leistung P von 330 Watt pro Meter an den Backenschienen 7. Die Weichensolltemperatur der Weiche 3 beträgt 7 °C, die Weichenmindesttemperatur Twmin der Weiche 3 für das Schmelzen von Schnee an der Weiche 3 wird mit +/- 0 °C und einem minimalen Leistungsverhältnis Lv von 40 % parametriert, so dass die optimale spezifische Leistung Pop der Heizeinrichtung 14 mit 330 W/m multipliziert mit 40 % gleich 132 W/m zu Beginn des Betriebes eingestellt wird. Der Standort des Weichentemperatursensor 28 wT ist bspw. die linke Seite 5 der Weiche 3. Die Betriebsbereichswerte sind vom Betreiber der Weiche 3 mit Schienenprofil R54 für eine Umgebungstemperatur bis - 20 °C bei einer maximalen Windgeschwindigkeit bis 0,8 m/s und einer maximalen Schneemenge bis 5 cm/h festgelegt. Bis zu diesen Betriebswerten soll die Funktion der Weiche 3 durch die erfindungsgemäße Weichenheizung 1 durch Gewährleistung der erforderlichen Weichenmindesttemperatur T W-min an den funktionsrelevanten Stellen 19 und entsprechender optimaler spezifischer Leistung Pop zum Schmelzen der Schneemenge hS sichergestellt werden.
  • Schritt 2. Wahl des Weichensegments und Berechnen der spezifischen Leistung des Weichensegments linke Seite und rechte Seite mit 330 W/m * 40 % = 132 W/m.
  • Schritt 3. Einlesen Weichsegment 1 linke Seite und rechte Seite der aktuellen Umgebungstemperatur, Weichentemperatur, Schneemenge, Niederschlagsart, Niederschlagsmenge und Windgeschwindigkeit.
  • Schritt 4. Berechnen der Weichentemperaturen der Weiche 3 und Verlustleistungen im Leistungsgleichgewicht (stationärer Endwert) an 6 Knotenpunkten in dem Wärmenetzmodell 26 für die linke Seite 5 der Weiche 3 und im Wärmenetzmodell 27 der rechten Seite 6 der Weiche 3. Zusätzlich Berechnen der Erhaltungsleistung zum Zeitpunkt t2.1 . (benötigte Leistung zum Aufrechterhalten der Temperatur von 0 °C).
  • Schritt 5. Prüfen, ob Heizanforderung durch Schneefall oder niedrige Umgebungstemperaturen besteht. Wenn Ja weiter mit Schritt 6 wenn nein weiter mit Schritt 2.
  • Schritt 6. Prüfen ob die aktuelle Zeit größer als die Totzeit ist. Wenn Ja weiter mit Schritt 7, wenn nein weiter mit Schritt 8
  • Schritt 7. Bei abgelaufener Totzeit Messen der Weichentemperatur der Weiche 3 mittels Weichentemperatursensor und Vergleichen mit berechneten Weichentemperatur am jeweiligen Knoten K und Berechnen der Weichenendtemperaturüber Zeitkonstante oder Modellparameter.
  • Schritt 8. Prüfen, ob Weichentemperatur der Weiche 3 Kopf-Zungenschiene linke Seite größer als die Weichentemperatur der Weiche 3 Kopf-Zungenschiene rechte Seite ist. Bei „Ja“ ist die linke Seite die anliegende Zungenschiene 8, (Annahme Weichentemperatur Kopf Zungenschiene ist höher, damit wird erkannt, ob die Weiche inzwischen umgestellt wurde).
  • Schritt 9. Prüfen, ob linke Seite oder rechte Seite Standort des Weichentemperatursensors ist. Im Beispiel ist die Linke Seite der Standort des Weichentemperatursensor 28. Auf der Seite mit Weichentemperatursensor 28 weiter mit Schritt 10 auf der Seite ohne Weichentemperatursensor weiter mit Schritt 12. Eine Ausrüstung beider Seiten mit Weichentemperatursensoren ist möglich.
  • Schritt 10. Zuweisen Weichentemperatur linke Seite ist anliegend und Weichentemperatur rechte Seite ist abliegend
  • Schritt 11. Prüfen, ob die errechnete Weichentemperatur der Weiche 3 Fuß-Backenschiene anliegend gleich der realen Weichentemperatur der Weiche 3 Fuß-Backenschiene unter Berücksichtigung einer Weichentemperaturtoleranz ist, wenn „Nein“ weiter zu Schritt 19., wenn „Ja“ weiter zu Schritt 12.
  • Schritt 12. Prüfen, ob berechnete Weichentemperatur der Weiche 3 Fuß-Backenschiene größer ist als die Weichensolltemperatur der Weiche 3 zuzüglich einer Konstante und abzüglich der Umgebungstemperatur ist. Wenn „Nein“ erhöhen des Leistungsverhältnisses Lv um den Faktor x (im Beispiel 10%) und weiter zu Schritt 2, wenn „Ja“ weiter zu Schritt 13.
  • Schritt 13. Prüfen, ob Erhaltungsleistung zuzüglich derLeistung Schmelzwärme PSm kleiner oder gleich der optimalen Leistung zur Zeit t2.3 ist. Wenn „Nein“ erhöhen des Leistungsverhältnisses Lv um den Faktor x (im Beispiel 10%) und weiter zu Schritt 2, wenn „Ja“ weiter zu Schritt 14.
  • Schritt 14. Prüfen, ob die Aufheizzeit des Fuß der Backenschiene tA-Fu-Ba kleiner oder gleich der maximalen Aufheizzeit tA-max ist. Wenn „Nein“ erhöhen des Leistungsverhältnisses Lv um den Faktor x (im Beispiel 10%) und weiter zu Schritt 2, wenn „Ja“ weiter zu Schritt 15.
  • Schritt 15. Prüfen, ob die Temperatur des Kopfes der Zungenschiene TKo-Zu größer oder gleich der minimalen Weichentemperatur Tmin ist. Wenn „Nein“ erhöhen der Weichensolltemperatur TSoll um den Faktor y (im Beispiel 0,5 K) und weiter zu Schritt 2, wenn „Ja“ weiter zu Schritt 16.
  • Schritt 16. Prüfen, ob die Temperatur am Fuß der Zungenschiene TFu-Zu größer oder gleich der minimalen Weichentemperatur Tmin ist. Wenn „Nein“ erhöhen der Weichensolltemperatur TSoll um den Faktor y (im Beispiel 0,5 K) und weiter zu Schritt 2, wenn „Ja“ weiter zu Schritt 17.
  • Schritt 17. Prüfen, ob die Temperatur in der Mitte des Gleitstuhles TGL-mi größer oder gleich der minimalen Weichentemperatur Tmin ist. Wenn „Nein“ erhöhen der Weichensolltemperatur TSoll um den Faktor y (im Beispiel 0,5 K) und weiter zu Schritt 2, wenn „Ja“ weiter zu Schritt 18.
  • Schritt 18. Prüfen, ob die Temperatur am äußeren Rand des Gleitstuhles TGL-au größer oder gleich der minimalen Weichentemperatur Tmin ist. Wenn „Nein“ erhöhen der Weichensolltemperatur TSoll um den Faktor y (im Beispiel 0,5 K) und weiter zu Schritt 2, wenn „Ja“ weiter zu Schritt 20.
  • Schritt 19. Korrektur der Berechnung aus Schritt 4 mit Hilfe eines Korrekturfaktors für Anpassung der Konvektionsverluste oder Strahlungsleistung. Ist die errechnete Weichentemperatur der Weiche 3 Fuß-Backenschiene anliegend kleiner als die reale Weichentemperatur der Weiche 3 Fuß-Backenschiene unter Berücksichtigung einer Weichentemperaturtoleranz so wird die Wärmeübergangszahl Konvektion α um den Faktor n (im Beispiel 1) verringert und weiter zu Schritt 4. Ist die errechnete Weichentemperatur der Weiche 3 Fuß-Backenschiene anliegend größer als die reale Weichentemperatur der Weiche 3 Fuß-Backenschiene unter Berücksichtigung einer Weichentemperaturtoleranz so wird die Windgeschwindigkeit V um den Faktor n (im Beispiel 1) erhöht und weiter zu Schritt 4.
  • Schritt 20. Ausgabe der optimalen Leistung Pop-Li für die linke Seite der Weiche 3 und der optimalen Leistung Pop-Re für die Rechte Seite der Weiche 3 für die folgende Zykluszeit tz .
The same program can be integrated into the open-loop and closed-loop control by reading the current ambient temperature, wind speed and amount of snow instead of minimum or maximum values and activating suitable corrective measures or warning messages. A suitable correction is, for example, additional heating devices on the sliding chair plates 9 or tongue rails 8th to arrange and to activate the heating devices on these first, so that the possible problems are solved due to the small mass. In 7 is the program flow chart for the control and regulation of a point heater according to the invention 1 for a switch 3rd with rail profile R54 by calculating and evaluating the course over time of the turnout temperatures of the turnout 3rd , the turnout end temperature of the turnout 3rd and the heating time t A in the places relevant for winter in ice and snow 19th a turnout segment with a specific length I seg for a left side and a right side at an unspecified point of the switch 3rd correspond. In the 7 illustrated nodes K correspond to those in 1 shown assessment point foot-stock rail 37 , Evaluation point head-tongue rail 41 , Evaluation point foot-tongue rails 40 , Evaluation point middle sliding chair plate 42 and evaluation point outer sliding chair plate 43 for the left side 5 the soft 3rd and the right side 6 the soft 3rd over the length of the turnout 3rd through switch areas 4th Turnout tip 16 , Switch center 17th and point end 18th are characterized, each turnout area by a turnout segment left side 5 the soft 3rd and an opposite switch segment on the right side 6 the soft 3rd is represented. The division of the switch 3rd in left side 5 and right side 6 takes place, for example, from the turnout tip 16 towards the end of the switch 18th .
  • step 1 . Entry The example is for a turnout 3rd with heating device 14 with specific performance P of 330 watts per meter on the stock rails 7 . The set point temperature of the turnout 3rd is 7 ° C, the minimum switch temperature Twmin of the switch 3rd for melting snow on the switch 3rd with +/- 0 ° C and a minimal power ratio L v parameterized by 40% so that the optimal specific power pop of the heater 14 with 330 W / m multiplied by 40% equal to 132 W / m at the start of operation. The location of the switch temperature sensor 28 w T is for example the left side 5 the soft 3rd . The operating range values are from the switch operator 3rd with rail profile R54 for an ambient temperature down to - 20 ° C with a maximum wind speed of up to 0.8 m / s and a maximum amount of snow of up to 5 cm / h. The function of the switch should be up to these operating values 3rd by the point heater according to the invention 1 by ensuring the required minimum switch temperature T W-min at the functionally relevant points 19th and corresponding optimal specific performance Pop for melting the amount of snow h p be ensured.
  • step 2nd . Select the turnout segment and calculate the specific power of the turnout segment left and right side with 330 W / m * 40% = 132 W / m.
  • step 3rd . Read soft segment 1 left side and right side of the current ambient temperature, switch temperature, amount of snow, type of precipitation, amount of precipitation and wind speed.
  • step 4th . Calculate the turnout temperatures of the turnout 3rd and power losses in the power balance (stationary end value) at 6 nodes in the heat network model 26 for the left side 5 the soft 3rd and in the heating network model 27 the right side 6 the soft 3rd . In addition, calculate the maintenance performance at the time t 2.1 . (Power required to maintain the temperature at 0 ° C).
  • step 5 . Check whether there is a heating requirement due to snow or low ambient temperatures. If yes, continue with step 6 if no continue with step 2nd .
  • step 6 . Check whether the current time is greater than the dead time. If yes, continue with step 7 if no go to step 8
  • step 7 . When the dead time has elapsed, measure the turnout temperature of the turnout 3rd using a switch temperature sensor and comparing the calculated switch temperature at the respective node K and calculating the turnout end temperature using time constant or model parameters.
  • step 8th . Check whether the turnout temperature of the turnout 3rd Head-tongue rail left side greater than the turnout temperature of the turnout 3rd Head-tongue rail is right side. If "yes", the left side is the adjacent tongue rail 8th , (Assumption switch point head tongue rail is higher, so it is recognized whether the switch has been changed in the meantime).
  • step 9 . Check whether the left side or right side is the location of the turnout temperature sensor. In the example, the left side is the location of the switch temperature sensor 28 . On the side with switch temperature sensor 28 continue with step 10th on the side without switch temperature sensor continue with step 12th . Both sides can be equipped with switch temperature sensors.
  • step 10th . Assign turnout temperature on left side and turnout temperature on right side is off
  • step 11 . Check whether the calculated turnout temperature of the turnout 3rd Foot-to-side splint adjacent to the real turnout temperature of the turnout 3rd Foot stock rail taking into account a switch temperature tolerance is if "No" continue to step 19th if yes go to step 12th .
  • step 12th . Check whether the calculated turnout temperature of the turnout 3rd Foot-stock rail is greater than the set point temperature of the turnout 3rd plus a constant and minus the ambient temperature. If "No" increase the performance ratio Lv by the factor x (10% in the example) and go to step 2nd if "yes" go to step 13 .
  • step 13 . Check whether maintenance performance plus the heat of fusion P Sm less than or equal to the optimal performance at the time t 2.3 is. If "No" increase the performance ratio Lv by the factor x (10% in the example) and go to step 2nd if "yes" go to step 14 .
  • step 14 . Check whether the heating time of the foot of the stock rail t A-Fu-Ba less than or equal to the maximum heating time t A-max is. If "No" increase the performance ratio Lv by the factor x (10% in the example) and go to step 2nd if "yes" go to step 15 .
  • step 15 . Check that the temperature of the head of the tongue splint T Ko-Zu greater than or equal to the minimum switch temperature T min is. If "No" increase the set point temperature T target by the factor y (in the example 0.5 K) and on to step 2nd if "yes" go to step 16 .
  • step 16 . Check that the temperature at the foot of the tongue rail T Fu-Zu is greater than or equal to the minimum switch temperature Tmin. If "No" increase the set point temperature T target by the factor y (0.5 K in the example) and go to step 2nd if "yes" go to step 17th .
  • step 17th . Check that the temperature is in the middle of the glider T GL-mi greater than or equal to the minimum switch temperature T min is. If "No" increase the set point temperature T target by the factor y (0.5 K in the example) and go to step 2nd if "yes" go to step 18th .
  • step 18th . Check that the temperature is on the outer edge of the glider T GL-au is greater than or equal to the minimum switch temperature Tmin. If "No" increase the set point temperature T target by the factor y (0.5 K in the example) and go to step 2nd if "yes" go to step 20th .
  • step 19th . Correction of the calculation from step 4th with the help of a correction factor for adaptation of the convection losses or radiation power. Is the calculated turnout temperature of the turnout 3rd Foot-to-side splint fits lower than the real turnout temperature of the turnout 3rd Foot stock rail taking into account a switch temperature tolerance so the heat transfer coefficient becomes convection α reduced by the factor n (in example 1) and continue to step 4th . Is the calculated turnout temperature of the turnout 3rd Foot-to-side splint fits higher than the actual turnout temperature of the turnout 3rd Foot stock rail taking into account a switch temperature tolerance so the wind speed V increased by a factor of n (in example 1) and on to step 4th .
  • step 20th . Output of optimal performance P op-Li for the left side of the switch 3rd and optimal performance P op-Re for the right side of the switch 3rd for the following cycle time t z .

Zusammenfassend ist festzuhalten, dass die vorliegende Erfindung ein Verfahren angibt, bei welchem das erfindungsgemäße Wärmenetzmodell über einen Vergleich der berechneten Weichentemperaturen mit parametrierten Weichenmindesttemperaturen die Weichensolltemperatur und/oder die spezifische Leistung zumindest eine Heizeinrichtung 14 verändert.In summary, it should be noted that the present invention specifies a method in which the heat network model according to the invention, by comparing the calculated switch temperatures with parameterized minimum switch temperatures, the desired switch temperature and / or the specific output of at least one heating device 14 changed.

Ferner verifiziert das erfindungsgemäße Wärmenetzmodell über einen Vergleich mit über einen Weichentemperatursensor 28 erfassten Weichentemperaturen mittels Korrektur der Leistung Konvektion und/oder der Leistung Strahlung die berechneten Weichentemperaturen.Furthermore, the heat network model according to the invention verifies by comparison with a switch temperature sensor 28 detected switch temperatures by correcting the power convection and / or the power radiation the calculated switch temperatures.

Das erfindungsgemäße Wärmenetzmodell erzeugt darüber hinaus in der Steuereinrichtung eine Warnmeldung vor Überschreiten der Betriebsgrenze für ein Leitsystem und vor Ort.The heat network model according to the invention also generates a warning message in the control device before the operating limit for a control system is exceeded and on site.

Schließlich ermittelt das erfindungsgemäße Wärmenetz vor und bei Betrieb die Anheizzeit und aktiviert ein zusätzliches Heizregime Vorheizen über die Steuereinheit, wenn in Abhängigkeit der prognostizierten Umgebungsbedingungen über Wetterdienst die maximale Schneemenge während der Anheizzeit überschritten und/oder die Schneemenge nicht geschmolzen wird.Finally, the heating network according to the invention determines the heating-up time before and during operation and activates an additional heating regime preheating via the control unit if, depending on the predicted environmental conditions via weather service, the maximum amount of snow is exceeded during the heating-up time and / or the amount of snow is not melted.

BezugszeichenlisteReference list

11
WeichenheizungSwitch heating
22nd
Betrachtungsrichtung WeicheViewing direction switch
33rd
WeicheSwitch
44th
WeichenbereichSwitch area
55
linke Seiteleft side
66
rechte Seiteright side
77
BackenschieneStock rail
88th
ZungenschieneTongue splint
99
GleitstuhlplatteSliding chair plate
1010th
anliegende Zungenschieneadjacent tongue rail
1111
abliegende Zungenschieneremote tongue rail
1212th
anliegender Bereichadjacent area
1313
StützknaggenSupport lugs
1414
HeizeinrichtungHeating device
1616
WeichenspitzeTurnout tip
17 17th
WeichenmitteSwitch center
1818th
WeichenendeSwitch end
1919th
Funktionsrelevante StelleFunctionally relevant position
2020th
Kopf-BackenschieneHead-stock rail
2121
Kopf-ZungenschieneHead-tongue splint
2222
Mitte-GleitstuhlplatteMiddle sliding chair plate
2323
Außen-GleitstuhlplatteOutside sliding chair plate
2424th
Schwellethreshold
2525th
SchwellenabstandThreshold distance
2626
Wärmenetz linke SeiteLeft side heating network
2727
Wärmenetz rechte SeiteRight side heating network
2828
WeichentemperatursensorTurnout temperature sensor
2929
Symbol HeizeinrichtungHeating device symbol
3030th
Symbol WärmestrahlungHeat radiation symbol
3131
Symbol KonvektionConvection icon
3232
Symbol WärmespeicherHeat storage symbol
3333
Symbol WärmeleitungHeat conduction symbol
3434
Weichensegment WeichenspitzeTurnout segment turnout tip
3535
Weichensegment WeichenmitteSwitch segment switch center
3636
Weichensegment WeichenendeSwitch segment switch end
3737
Bewertungspunkt Fuß-BackenschieneEvaluation point foot-splint
3838
Bewertungspunkt Steg-BackenschieneAssessment point web-splint
3939
Bewertungspunkt Kopf-BackenschieneAssessment point head-stock rail
4040
Bewertungspunkt Fuß-ZungenschieneEvaluation point foot-tongue rail
4141
Bewertungspunkt Kopf-ZungenschieneEvaluation point head-tongue rail
4242
Bewertungspunkt Mitte-GleitstuhlplatteAssessment point middle sliding chair plate
4343
Bewertungspunkt Außen-Gleitstuhlplatte Evaluation point outdoor sliding chair plate
PSt P St
Leistung StrahlungswärmeRadiant heat output
PL P L
Leistung WärmeleitungPerformance heat conduction
PK P K
Leistung KonvektionswärmePower convection heat
Pop P op
optimale spezifische Leistungoptimal specific performance
PP
reale spezifische Leistung Heizeinrichtungreal specific power heater
Perf P erf
erforderliche spezifische Leistungrequired specific performance
ξL ξ L
Korrekturfaktor LängeCorrection factor length
PC P C
Leistung WärmekapazitätPerformance heat capacity
PV P V
Leistung VerdampfungswärmeEvaporative heat output
PSm P Sm
Leistung SchmelzwärmeHeat output
PErh P Erh
ErhaltungsleistungMaintenance performance
RR
WeichenprofilSwitch profile
TU T U
UmgebungstemperaturAmbient temperature
TU-min T RPM
minimale Umgebungstemperaturminimum ambient temperature
TW T W
reale Weichentemperaturreal switch temperature
ΔTW ΔT W
reale Weichentemperaturdifferenzreal switch temperature difference
T min T min
WeichenmindesttemperaturSwitch minimum temperature
Top T op
optimale Weichentemperaturoptimal switch temperature
TSoll T target
WeichensolltemperaturTurnout target temperature
TSoll-Vor T target forward
zweite Weichensolltemperatursecond set point temperature
TS T S
SchmelztemperaturMelting temperature
TV T V
VerdampfungstemperaturEvaporation temperature
TK T K
Weichentemperatur kalte SchieneTurnout temperature cold rail
NINI
NiederschlagsartType of precipitation
Lv L v
LeistungsverhältnisPerformance ratio
Lsp L sp
spezifische Länge Heizeinrichtungspecific length heater
KK
Knoten (K)Knot ( K )
ININ
HeizstromHeating current
tA t A
AnheizzeitHeating time
tE t E
EinschaltzeitOn time
tz t z
ZeitzyklusTime cycle
kk
Faktorfactor
αα
Wärmeübergangszahl KonvektionHeat transfer coefficient convection

Beispiele für Bezeichnung von Knoten (K) und Temperaturen

K Fu-Ba-Li
Knoten (K) Fuß-Backenschiene-linke Seite
K Ko-Ba-an
Knoten (K) Kopf-Backenschiene-anliegende Zungenschiene
TKo-Ba
Weichentemperatur - Kopf-Backenschiene
TKo-Ba-Li
Weichentemperatur-kopf-Backenschiene Linke Seite der Weiche
TKo-Zu
Weichentemperatur - Kopf-Zungenschiene
TGl-mi
Weichentemperatur - Mitte-Gleitstuhlplatte
TGL-au
Weichentemperatur - Außen-Gleitstuhlplatte
tT
Totzeit
tA
Anheizzeit
tmax
maximale Anheizzeit
hs
Schneemenge pro Stunde
v
Windgeschwindigkeit
vmax
maximale Windgeschwindigkeit
n
Zyklusfaktor
tn
Zeit
tz
Zykluszeit
y
Weichensolltemperatur-Korrekturfaktor
wT
Standort Weichentemperatursensor
Examples for designation of nodes (K) and temperatures
K Fu-Ba-Li
Knot ( K ) Foot-splint-left side
K Ko-Ba-an
Knot ( K ) Head-cheek splint-fitting tongue splint
T Ko-Ba
Turnout temperature - head-stock rail
T Ko-Ba-Li
Switch temperature head stock rail Left side of the switch
T Ko-Zu
Turnout temperature - head-tongue rail
T Gl-mi
Turnout temperature - middle sliding chair plate
T GL-au
Turnout temperature - outside sliding chair plate
t T
Dead time
t A
Heating time
t max
maximum heating time
h s
Amount of snow per hour
v
Wind speed
v max
maximum wind speed
n
Cycle factor
t n
time
t z
Cycle time
y
Turnout target temperature correction factor
w T
Turnout temperature sensor location

Indizes:

an
anliegend
ab
abliegend
Re
rechte Seite
Li
linke Seite
Ba
Backenschiene
Zu
Zungenschiene
GL
Gleitstuhlplatte
Ko
Kopf
Fu
Fuß
St
Schienensteg
au
außen
mi
mitte
op
optimal
w
real
Indices:
on
fitting
from
remote
re
right side
Li
left side
Ba
Stock rail
To
Tongue splint
GL
Sliding chair plate
Knockout
head
Fu
foot
St
Rail web
au
Outside
mi
center
op
optimal
w
real

Literatur

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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent literature cited

  • Löbl. H.: Strombelastbarkeit des Transformators in einer Kompaktstation Elektrizitätswirtschaft, H. 17/18 96. S. 1154-1163 [0100]Löbl. H .: Current carrying capacity of the transformer in a compact station Elektrizitätswirtschaft, H. 17/18 96. S. 1154-1163 [0100]
  • uelle 2 Elsner, N.: Grundlagen der Technischen Thermodynamik, Berlin: Akademie Verl. 1988 [0100]uelle 2 Elsner, N .: Fundamentals of Technical Thermodynamics, Berlin: Akademie Verl. 1988 [0100]
  • Bömer,H.; Über den Wärme- und Stoffübergang an umspülten Einzelkörpern bei Überlagerung von freier und erzwungener Konvektion, Düsseldorf: VDI-Verl. 1965 (VDI-Forschungsheft 512) [0100]Bömer, H .; About the heat and mass transfer on washed-over individual bodies with the overlay of free and forced convection, Düsseldorf: VDI-Verl. 1965 (VDI research booklet 512) [0100]
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Claims (11)

Verfahren zur Steuerung und Regelung einer Weichenheizung (1), wobei die Weichenheizung (1) mindestens ein an zumindest einer Weiche (3) angeordnete Heizeinrichtung (14), zumindest einen Weichentemperatursensor (28) an der zumindest einem Weiche (3), zumindest eine Energieverteilung mit mindestens einem Heizabgang pro Weiche (3) und zumindest eine Steuereinrichtung zum Steuern und Regeln der Weichentemperatur aufweist, umfassend die Schritte: a) Definieren zumindest eines Weichensegments für die linke Seite (5) der zumindest einen Weiche (3) und/oder für die rechte Seite (6) der zumindest einen Weiche (3) mit einer spezifischen Länge, wobei das Weichensegment der zumindest einen Weiche (3) eine Backenschiene (7), eine Zungenschiene (8), eine Gleitstuhlplatte (9) und zumindest eine Heizeinrichtung (14) aufweist, und Zerlegen des zumindest einen Weichensegments in einzelne Abschnitte mit jeweils zumindest einem ersten Knoten, der zumindest einer funktionsrelevanten Stelle (19) des Weichensegmentes der zumindest einen Weiche (3) im Winter entspricht, wobei die funktionsrelevante Stelle (19) mindestens einen Bewertungspunkt (37, 38, 39, 40, 41, 42, 43) aufweist, wobei das zumindest eine Weichensegment repräsentativ die zumindest eine Weiche (3) thermodynamisch abbildet, wobei das zumindest eine Weichensegment in der Nähe des zumindest einen Weichentemperatursensors (15, 18) angeordnet ist, b) Bilden eines Wärmenetzes (26, 27) für das zumindest eine Weichensegment für die linke Seite (5) der zumindest einen Weiche (3) und/oder für die rechte Seite (6) der zumindest einen Weiche (3), wobei das Wärmenetz (26, 27) Wärmeerzeugungselemente, Wärmeübertragungselemente und Wärmespeicher (32) aufweist, und Zuordnen des jeweils zumindest ersten Knoten (K) der jeweiligen Abschnitte des zumindest einen Weichensegments zu mindestens einem Bewertungspunkt (37, 38, 39, 40, 41, 42, 43), wobei alle Knoten (K) der einzelnen Abschnitte über Maschen zu dem Wärmenetz (26, 27) so verbunden werden, dass die Differenz aller vorzeichenbehafteten Temperaturen gleich Null ist, c) Berechnen des zeitlichen Verlaufs einer optimalen spezifischen Leistung (Pop) des zumindest einen Weichensegments und der jeweiligen optimalen Weichentemperatur an dem zumindest einen ersten Knoten der Weichenheizung (1) an dem zumindest einen Weichensegment über eine Leistungsbilanz gemäß eines Knotensatzes, und bei Betrieb Aktivieren dieser optimalen spezifischen Leistung an der zugehörigen Heizeinrichtung (14) mittels Produkt aus realer spezifischer Leistung der Heizeinrichtung (14), die der maximalen spezifischen Leistung entspricht, und einem Leistungsverhältnis, wobei das Leistungsverhältnis variabel zwischen 25 % und 100 % der realen spezifischen Leistung entspricht, d) Erfassen des zeitlichen Verlaufs der realen Weichentemperatur an dem zumindest einen Weichensegment mit dem zumindest einen Weichentemperatursensor (28) und Korrigieren der berechneten Weichentemperatur an einem der zumindest ersten Knoten des zumindest einen Weichensegments über Leistung Konvektionswärme wenn berechnete Weichentemperatur größer ist als reale Weichentemperatur oder Leistung Strahlungswärme des Wärmenetzes wenn berechnete Weichentemperatur kleiner ist als reale Weichentemperatur, e) Berechnen der Weichenendtemperatur an zumindest einem zweiten Knoten des zumindest einen Weichensegments und Vergleichen der berechneten Weichenendtemperatur mit einer parametrierten Weichenmindesttemperatur für diesen zumindest einen zweiten Knoten, wobei bei Nichterreichen der Weichenmindesttemperatur der Weiche (3) eine parametrierbare Weichensolltemperatur um einen Weichensolltemperatur-Korrekturfaktor so lange erhöht wird, bis die jeweilige berechneten Weichenendtemperatur der Weiche (3) zumindest der Weichenmindesttemperatur der Weiche (3) entspricht, f) Berechnen der Anheizzeit für das Erwärmen des zumindest einen Weichensegments bis zu der parametrierbaren Weichensolltemperatur der Weiche (3) und Bewerten der berechneten Anheizzeit bei parametrierbarer Weichensolltemperatur, wobei bei einem Defizit die optimale spezifische Leistung erhöht und bei einem Überschuss die optimale spezifische Leistung verringert wird., g) Berechnen der Anheizzeit für das Erwärmen des zumindest einen Weichensegments bis zu der parametrierbaren Weichenmindesttemperatur der Weiche (3) und Bewerten der erforderliche spezifische Leistung aus Erhaltungsleistung und Schmelzleistung für den bis dahin gefallenen Schnee mit der spezifischen Leistung (P) bei parametrierbarer Weichenmindesttemperatur, wobei bei einem Defizit die optimale spezifische Leistung erhöht oder eine Meldung „gefallene Schneemenge ist zu groß und wird nicht geschmolzen“ erzeugt wird.Method for controlling and regulating a point heater (1), the point heater (1) comprising at least one heating device (14) arranged on at least one point (3), at least one point temperature sensor (28) on the at least one point (3), at least one energy distribution With at least one heating outlet per switch (3) and at least one control device for controlling and regulating the switch temperature, comprising the steps: a) Defining at least one switch segment for the left side (5) of the at least one switch (3) and / or for the right side (6) of the at least one switch (3) with a specific length, the switch segment of the at least one switch (3) comprising a stock rail (7), a tongue rail (8), a sliding chair plate (9) and at least one heating device (14 ), and breaking down the at least one turnout segment into individual sections, each with at least one first node, the at least one functionally relevant point (19) of the white of the at least one switch (3) in winter, the functionally relevant point (19) having at least one evaluation point (37, 38, 39, 40, 41, 42, 43), the at least one switch segment representing the at least one switch ( 3) depicts thermodynamically, the at least one switch segment being arranged in the vicinity of the at least one switch temperature sensor (15, 18), b) forming a heat network (26, 27) for the at least one switch segment for the left side (5) of the at least one Switch (3) and / or for the right side (6) of the at least one switch (3), the heat network (26, 27) having heat generating elements, heat transfer elements and heat storage (32), and assigning the at least first node (K) in each case of the respective sections of the at least one turnout segment to at least one evaluation point (37, 38, 39, 40, 41, 42, 43), all nodes (K) of the individual sections via meshes to the heating network (26, 27) be connected in such a way that the difference between all signed temperatures is zero, c) calculating the time profile of an optimal specific power (P op ) of the at least one switch segment and the respective optimal switch temperature at the at least one first node of the switch heater (1) at the at least one turnout segment via a power balance according to a set of nodes, and during operation activating this optimal specific power at the associated heating device (14) by means of a product of the real specific power of the heating device (14), which corresponds to the maximum specific power, and a power ratio, the Power ratio variable between 25% and 100% of the real specific power, d) detecting the time profile of the real turnout temperature on the at least one turnout segment with the at least one turnout temperature sensor (28) and correcting the calculated turnout temperature one of the at least first nodes of the at least one turnout segment via the power of convection heat if the calculated turnout temperature is greater than the real turnout temperature or the radiant heat output of the heating network if the calculated turnout temperature is less than the real turnout temperature, e) calculating the turnout temperature at at least a second node of the at least one turnout segment and comparing the calculated turnout end temperature with a parameterized minimum turnout temperature for this at least one second node, wherein if the minimum turnout temperature of the turnout (3) is not reached, a parameterizable turnout target temperature is increased by a turnout target temperature correction factor until the respective calculated turnout end temperature of the turnout (3) at least the minimum turnout temperature corresponds to the switch (3), f) calculating the heating time for heating the at least one switch segment up to the parameterizable switch setpoint temperature structure of the turnout (3) and evaluation of the calculated heating-up time at a configurable turnout setpoint temperature, whereby the optimal specific power is increased in the case of a deficit and the optimum specific power is reduced in the case of an excess the parameterizable minimum switch temperature of the switch (3) and evaluation of the required specific performance from maintenance performance and melting performance for the snow that has been dropped up to that point with the specific power (P) at parameterizable minimum switch temperature, whereby if there is a deficit, the optimal specific performance increases or a message “fallen amount of snow is too big and will not be melted ”. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend vor Betrieb durch eine Heizanforderung den Schritt h) Berechnen der spezifischen Schmelzleistung für die während der Anheizzeit am Weichensegment berechneten Schneemenge aus einer gemeldeten Schneehöhe pro Zeiteinheit und Berechnen der spezifischen Erhaltungsleistung zur Erhaltung der Schmelztemperatur an dem Weichensegment und Vergleich der Summe dieser mit der realen spezifischen Leistung der Heizeinrichtung (14) und, wenn die reale spezifische Leistung der Heizeinrichtung (14) geringer ist, Aktivieren der Weichenheizung (1) mit einer zweiten Weichensolltemperatur, die so groß ist, dass bei Betrieb die spezifische Leistung der Heizeinrichtung (14) zumindest gleich der Summe aus spezifischer Schmelzleistung und Erhaltungsleistung ist.Procedure according to Claim 1 , further comprising the step h) before operation by a heating request, calculating the specific melting power for the amount of snow calculated during the heating time on the turnout segment from a reported snow depth per unit of time and calculating the specific maintenance output for maintaining the melting temperature at the turnout segment and comparing the sum of these with the real specific power of the heating device (14) and, if the real specific power of the heating device (14) is lower, activating the point heater (1) with a second set point temperature which is so high that the specific power of the heating device (14) during operation is at least equal to the sum of the specific melting performance and the maintenance performance. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Wärmeerzeugungselemente die spezifische Leistung der zumindest einen Heizeinrichtung (29) mit einem Wärmespeicher des Weichensegments und eine Wärmeübertragung durch Wärmestrahlung umfassen und/oder die Wärmeübertragungselemente Wärmewiderstände an der Weiche (3) aus den Stoffeigenschaften, den geometrischen Größen und den vorherrschenden Belastungen durch Wärmeübertragung und Umwelt an dem zumindest einen Weichensegment umfassen. Procedure according to Claim 1 or 2nd , wherein the heat generating elements comprise the specific power of the at least one heating device (29) with a heat accumulator of the switch segment and heat transfer by heat radiation and / or the heat transfer elements heat resistances on the switch (3) from the material properties, the geometric sizes and the prevailing loads due to heat transfer and environment on the at least one switch segment. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei in Schritt f) die Anheizzeit für das Erwärmen des zumindest einen Weichensegments aus der Summe einzelner Heizzeiten für das zumindest eine Weichensegment für dessen Erwärmen, für das Schmelzen von Schnee und für das Verdampfen von Wasser an diesem berechnet wird, und/oder die Anheizzeit durch Erhöhen des Leistungsverhältnisses und/oder Umschalten von Regelbetrieb auf Dauerbetrieb erhöht und/oder durch Verringern des Leistungsverhältnisses verringert wird.Procedure according to one of the Claims 1 to 3rd , wherein in step f) the heating-up time for heating the at least one turnout segment is calculated from the sum of individual heating times for the at least one turnout segment for heating it up, for melting snow and for evaporating water thereon, and / or the heating-up time is increased by increasing the power ratio and / or switching from control mode to continuous operation and / or is reduced by reducing the power ratio. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei aktiver Heizung ferner umfassend die Schritte i) Berechnen einer Schmelzleistung für gefallenen Schnee in einer parametrierbaren Zeitspanne und Vergleichen dieser Schmelzleistung mit der Differenz aus spezifischer Leistung und einer berechneten Erhaltungsleistung, wobei bei einem Defizit der spezifischen Leistung die Leistung erhöht und/oder ein Dauerheizen begonnen und/oder eine erste Warnmeldung ausgegeben wird, und/oder j) Vergleichen der berechneten Anheizzeit mit einer parametrierten maximalen Anheizzeit, wobei bei einem Defizit der spezifischen Leistung die Leistung erhöht und/oder ein Dauerheizen begonnen und/oder eine zweite Warnmeldung ausgegeben wird, und/oder k) Berechnen der Schneehöhe aus der Differenz aus gefallener Schneehöhe und geschmolzener Schneehöhe pro Zeiteinheit und Vergleichen der berechneten Schneehöhe mit einer parametrierbaren maximal zulässigen Schneehöhe, wobei bei einem Defizit der spezifischen Leistung die Leistung erhöht und/oder ein Dauerheizen begonnen und/oder eine dritte Warnmeldung ausgegeben wird.Procedure according to one of the Claims 1 to 4th , with active heating further comprising the steps i) calculating a melting capacity for fallen snow in a parameterizable period of time and comparing this melting capacity with the difference between the specific capacity and a calculated maintenance capacity, with a deficit in the specific capacity increasing the capacity and / or continuous heating started and / or a first warning message is output, and / or j) comparing the calculated heating time with a parameterized maximum heating time, the output being increased and / or continuous heating being started and / or a second warning message being output if the specific power is deficient, and / or k) calculating the snow depth from the difference between the fallen snow depth and the melted snow depth per unit of time and comparing the calculated snow depth with a parameterizable maximum permissible snow depth, with a deficit in the specific power increasing the power and / or a down heating started and / or a third warning message is issued. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Berechnen der Anheizzeit in Schritt f) die Unterschritte umfasst: f1) Berechnen der Totzeit für das zumindest eine Weichensegment aus dem zeitlichen Verlauf der Weichentemperatur der Weiche (3) bei optimaler oder realer spezifischer Leistung, f2) Berechnen der Zeit tA1 zum Erwärmen des zumindest einen Weichensegments von der Weichentemperatur der kalten Schiene der Weiche (3) und der Schmelztemperatur bis zur Weichenmindesttemperatur an zumindest einen Knoten, f3) Berechnen der Zeit tA2 zum Schmelzen der Schneemenge während des Schritts f2) aus der Differenz aus vorhandener spezifischer Leistung abzüglich der Leistung zur Erhaltung der Weichenmindesttemperatur des zumindest einen Weichensegments, f4) Berechnen der Zeit tA3 zum Schmelzen des gefallenen Schnees während des Schritts f3) aus der Differenz aus vorhandener spezifischer Leistung abzüglich der Leistung zur Erhaltung der Weichenmindesttemperatur des zumindest einen Weichensegments, f5) Berechnen der Zeit tA4 zum Erwärmen des zumindest einen Weichensegments von der Differenz Weichenmindesttemperatur bis zur Weichensolltemperatur an den Knoten mit dem Weichentemperatursensor der Weiche (3), f6) Berechnen der Zeit tA5 zum Schmelzen des gefallenen Schnees während des Schritts f5) aus der Differenz aus vorhandener spezifischer Leistung abzüglich der Leistung zur Erhaltung der Weichenmindesttemperatur des zumindest einen Weichensegments.Procedure according to one of the Claims 1 to 5 , wherein the calculation of the heating time in step f) comprises the sub-steps: f1) calculation of the dead time for the at least one switch segment from the course over time of the switch temperature of the switch (3) with optimal or real specific power, f2) calculation of the time t A1 for Heating the at least one switch segment from the switch temperature of the cold rail of the switch (3) and the melting temperature to the minimum switch temperature at at least one node, f3) calculating the time t A2 for melting the amount of snow during step f2) from the difference from the existing specific power minus the power to maintain the minimum switch temperature of the at least one turnout segment, f4) calculating the time t A3 for melting the fallen snow during step f3) from the difference from the existing specific power minus the power to maintain the minimum switch temperature of the at least one turnout segment, f5) Calculate the time t A4 for heating the at least one turnout segment from the difference between the minimum switch temperature and the desired setpoint temperature at the nodes with the turnout temperature sensor of the turnout (3), f6) calculating the time t A5 for melting the fallen snow during step f5) from the difference from the existing specific power minus the performance to maintain the minimum switch temperature of the at least one switch segment. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner umfassend eine Ermittlung der Betriebsgrenze Umgebungstemperatur (GW-Tu) der Weichenheizung (1), umfassend - Berechnen der optionalen Weichenendtemperaturen an zwei spezifischen Knoten des zumindest einen Weichensegments, welche dem Kopf-Backenschiene (20) und dem Kopf-Zungenschiene (21) als funktionsrelevante Stellen (19) der zumindest einen Weiche (3) entsprechen, wobei von der Weichenmindesttemperatur die berechneten Weichentemperaturen Kopf-Backenschiene und Kopf-Zungenschiene subtrahiert werden und die geringste davon der Betriebsgrenze-Umgebungstemperatur entspricht.Procedure according to one of the Claims 1 to 6 , further comprising a determination of the operating limit ambient temperature (G W-Tu ) of the point heater (1), comprising - calculating the optional point end temperatures at two specific nodes of the at least one point segment, which the head-cheek rail (20) and the head-tongue rail (21 ) correspond to the functionally relevant points (19) of the at least one switch (3), the calculated switch temperatures head-to-head rail and head-tongue rail being subtracted from the minimum switch temperature and the lowest of which corresponds to the operating limit ambient temperature. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner umfassend eine Ermittlung der Betriebsgrenze Schneemenge (GW-hs) der Weichenheizung (1), umfassend - Berechnen einer spezifischen Erhaltungsleistung bei Weichenmindesttemperatur Tmin der Weiche (3), zuzüglich einer Weichenmindesttemperatur (T W-min) Toleranz ΔTmin, am Backenschienenfuß, einer Schmelzleistung für die maximale Schneemenge oder die bis dahin erfasste Schneemenge sowie einer Verdampfungsleistung für Schmelzwasser, und Vergleich der Summe daraus mit der erforderlichen spezifischen Leistung der Heizeinrichtung (29) des zumindest einen Weichensegments, wenn die erforderliche spezifische Leistung der Heizeinrichtung kleiner ist als die Summe aus Erhaltungsleistung und Schmelzleistung und Verdampfungsleistung die Betriebsgrenze Schneehöhe überschritten ist.Procedure according to one of the Claims 1 to 7 , further comprising a determination of the operating limit of the amount of snow (G W-hs ) of the point heater (1), comprising - calculating a specific maintenance performance at the minimum point temperature Tmin of the point (3) plus a minimum point temperature (T W-min ) tolerance ΔT min at the stock rail foot , a melting capacity for the maximum amount of snow or the amount of snow recorded up to that point, and an evaporation capacity for melting water, and comparison of the sum thereof with the required specific capacity of the heating device (29) of the at least one switch segment, if the required specific capacity of the Heating device is smaller than the sum of the maintenance capacity and melting capacity and evaporation capacity the operating limit snow depth has been exceeded. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner umfassend eine projektspezifische Dimensionierung der Heizeinrichtungen (29) und deren erforderlicher spezifischer Leistung, umfassend - Berechnen einer spezifischen Leistung (P) der Heizeinrichtung zum Erreichen einer Weichensolltemperatur der Weiche (3) am Standort des Weichentemperatursensors und einer minimalen Weichentemperatur Tw-min der Weiche (3) an mindestes einem Kopf-Backenschiene (20) und/oder einem Kopf-Zungenschiene (21) für das zumindest eine Weichensegment über Berechnen der Summe aus Wärmeleitung, Strahlung und Konvektion in die Umgebung, Wärmekapazität und Latenter Wärme bei Schnee und Beregnung, bei vorhandenen Betriebsgrenzwerten aus minimaler Umgebungstemperatur, Schienenprofil, maximaler Windgeschwindigkeit und maximaler Schneehöhe pro Stunde, und - Erhöhen der spezifischen Leistung, wenn die berechnete reale spezifische Leistung kleiner ist als die spezifische Leistung, die der erforderlichen Schmelzleistung der in der Anheizzeit, die ab minimaler Umgebungstemperatur bis zum Erreichen einer Schienentemperatur von mindestens 0 °C berechnet wird, für die Schneemenge, die sich aus dem Produkt aus Anheizzeit und Schneehöhe pro Stunde ergibt, und der Verdampfungsleistung von restlichem Schmelzwasser und der erforderlichen spezifischen Erhaltungsleistung für eine Schienentemperatur von 0 °C an den funktionsrelevanten Stellen des zumindest einen Weichensegments entspricht.Procedure according to one of the Claims 1 to 8th , further comprising a project-specific dimensioning of the heating devices (29) and their required specific power, comprising - calculating a specific power (P) of the heating device to achieve a setpoint switch temperature of the switch (3) at the location of the switch temperature sensor and a minimum switch temperature T w-min der Switch (3) on at least one head-stock rail (20) and / or one head-tongue rail (21) for the at least one switch segment by calculating the sum of heat conduction, radiation and convection into the environment, heat capacity and latent heat in snow and rain , with existing operating limit values from minimum ambient temperature, rail profile, maximum wind speed and maximum snow depth per hour, and - increasing the specific output if the calculated real specific output is less than the specific output, the required melting output in the heating up time from the minimum ambient temperature until a rail temperature of at least 0 ° C is reached, for the amount of snow, which results from the product of heating time and snow depth per hour, and the evaporation capacity of the remaining melt water and the required specific maintenance capacity for a rail temperature of 0 ° C at the functionally relevant points of the at least one turnout segment. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei - bei Betrieb der Weichenheizungsanlage (1) ein Einstellen der optimalen spezifischen Leistung für die Heizeinrichtungen (29), die dem Produkt aus spezifischer Leistung und einem Leistungsverhältnis von 25 % bis 100 % entspricht, über die jeweiligen Schaltgeräte zum Einschalten und Ausschalten der Heizeinrichtungen (29) mittels Verändern der Einschaltdauer oder der Frequenz oder der Pulsweite oder Wellenpaketsteuerung oder Gruppenbetrieb erfolgt, und/oder - das Leistungsverhältnis zwischen 25 % und 100 % beträgt, wobei bei Betrieb der Weichenheizungsanlage (1) die spezifische Leistung P der linken Seite (5) der Weiche (3) und der rechten Seite (6) der Weiche (3) maximal dem Mittelwert und/oder Meridian der spezifischen Leistung der Heizeinrichtung (29) entspricht, und/oder - bei Betrieb der Weichenheizungsanlage (1) die berechnete spezifische Leistung Pop für die linke Seite (5) der Weiche (3) und die rechte Seite (6) der Weiche (3) maximal der spezifischen Leistung (P) der Heizeinrichtungen (29) entspricht, oder eine spezifische Leistungsdifferenz für die linke Seite (5) der Weiche (3) oder die rechte Seite (6) der Weiche (3) aus der Differenz von spezifischer Leistung (P) der Heizeinrichtungen (14) abzüglich berechneter spezifischer Leistung (Pop) berechnet wird und bei positiver spezifischer Leistungsdifferenz der linken Seite (5) der Weiche (3) oder der rechten Seite (6) der Weiche (3) diese spezifische Leistungsdifferenz der jeweiligen anderen Seite der Weiche (3) zusätzlich zur spezifischen Leistung (P) der Heizeinrichtung (14) zu Verfügung gestellt wird, so dass ein gleichmäßiger zeitlicher Verlauf der Schienentemperaturen der Weiche (3) an der linken Seite (5) der Weiche (3) und an der rechten Seite (6) der Weiche (3) an den funktionsrelevanten Stellen der Weiche (3) erfolgt.Procedure according to one of the Claims 1 to 9 , wherein - during operation of the point heating system (1), setting the optimum specific power for the heating devices (29), which corresponds to the product of specific power and a power ratio of 25% to 100%, via the respective switching devices for switching the heating devices on and off (29) by changing the duty cycle or the frequency or the pulse width or wave packet control or group operation, and / or - the power ratio is between 25% and 100%, the specific power P on the left-hand side (5 ) the switch (3) and the right side (6) of the switch (3) corresponds at most to the mean and / or meridian of the specific power of the heating device (29), and / or - when the switch heating system (1) is operating, the calculated specific power P op for the left side (5) of the switch (3) and the right side (6) of the switch (3) maximum of the specific power (P ) corresponds to the heating devices (29), or a specific power difference for the left side (5) of the switch (3) or the right side (6) of the switch (3) from the difference of specific power (P) of the heating devices (14) minus the calculated specific power (P op ) is calculated and if there is a positive specific power difference on the left side (5) of the switch (3) or the right side (6) of the switch (3), this specific power difference on the other side of the switch (3) In addition to the specific power (P) of the heating device (14) is made available, so that a uniform time course of the rail temperatures of the switch (3) on the left side (5) of the switch (3) and on the right side (6) the switch (3) takes place at the functionally relevant points of the switch (3). Einrichtung zur Steuerung und Regelung einer Weichenheizungsanlage (1), wobei die Weichenheizungsanlage (1) mindestens ein an zumindest einer Weiche (3) angeordnetes Heizeinrichtung (14), zumindest einen Weichentemperatursensor (28) an der zumindest einen Weiche (3), zumindest eine Energieverteilung mit mindestens einem Heizabgang pro Weiche (3) und zumindest eine Steuereinrichtung zum Steuern und Regeln der Weichentemperatur aufweist, umfassend: - eine CPU zur Berechnung der Weichentemperaturen der Weiche (3) für zumindest ein Weichensegment, die mit der Steuereinrichtung über Kommunikationsmittel verbunden ist, - - zumindest einen abseits der Weiche (3) angeordneten Anschlusskasten, der mindestens ein Schaltgerät aufweist, das über Leitungen mit den Heizeinrichtungen (29) der Weiche (3) verbunden sind, sowie Messmittel zur zeitlichen Erfassung von Betriebsstrom, Spannung und Isolationswiderstand und Mittel zur Begrenzung der maximalen Leistung aufweist, - zumindest ein Kommunikationsmittel, das in dem Anschlusskasten angeordnet und mit der Steuereinheit verbunden ist, - zumindest einen Niederschlagsensor zur Erfassung von Niederschlagsart und Niederschlagsmenge, der mit der Steuereinheit verbunden ist.Device for controlling and regulating a point heating system (1), the point heating system (1) comprising at least one heating device (14) arranged on at least one point (3), at least one point temperature sensor (28) on the at least one point (3), at least one energy distribution With at least one heating outlet per switch (3) and at least one control device for controlling and regulating the switch temperature, comprising: a CPU for calculating the switch temperatures of the switch (3) for at least one switch segment, which is connected to the control device via communication means, - - At least one junction box located away from the switch (3), which has at least one switching device that is connected via lines to the heating devices (29) of the switch (3), as well as measuring means for the temporal recording of operating current, voltage and insulation resistance and means for Has maximum power limitation, at least one communication means, which is arranged in the connection box and connected to the control unit, - At least one precipitation sensor for detecting the type and amount of precipitation, which is connected to the control unit.
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