DE1459745A1 - Einrichtungen zum elektrischen Beheizen von flaechenhaft ausgedehnten Baukoerpern - Google Patents

Einrichtungen zum elektrischen Beheizen von flaechenhaft ausgedehnten Baukoerpern

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DE1459745A1
DE1459745A1 DE19641459745 DE1459745A DE1459745A1 DE 1459745 A1 DE1459745 A1 DE 1459745A1 DE 19641459745 DE19641459745 DE 19641459745 DE 1459745 A DE1459745 A DE 1459745A DE 1459745 A1 DE1459745 A1 DE 1459745A1
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Benno Palatini
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Description

--sr* 2 ^o·***" ■*-» —*· W V· 1
η, den 29. Mai 1964
Benno Palatini in Niederteufen (Schweiz) und
Dipl. Ing* Hetbert Pferschy in Dprnbirn (Österreich)
Einrichtung zum elektrischen Beheizen
von flächenhaft ausgedehnten Baukörpern
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum elektrischen Beheizen von flächenhaft ausgedehnten Baukörpern,
-wie "beispielsweise Straßen, Brücken, Kollfeldern, Fußböden, Wänden od.dgl.
Der Vorschlag, Verkehrsflächen elektrisch zu beheizen, ist an sich bekannt, wobei in oder unterhalb der
Straßendecke "blanke oder auch isolierte Heizdrähte eingebettet und diese Heizdrähte an eine Niederspannung bis
ca. 50 Volt angeschlossen sind, um durch die niedere
Spannung eine Gefahr für Mensch und fi'ier auszuschalten.
Um zu verhindern, daß sich auf der Verkehrsfläche eine
Schneedecke oder Eisschichte bildet, ist insbesondere in kalten Wintern eine nicht unerhebliche elektrische Lei-
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stung erforderlich, was bei der Verwendung von niederen Spannungen hohe obröme und damit enorme Leiterquerschnit— te bedingt.
Werden hingegen höhere Betriebsspannungen gewählt, um große Leiterquerschnitte vermeiden zu können, so' müssen die Leiter aus Sicherheitsgründen derart tief unter der Oberfläche verlegt werden, daß der Betrieb unwirtschaftlich ist, denn es mrd nicht nur viel Energie verbraucht, bis die eigentliche Oberfläche erwärmt wird, sondern es verstreicht bis dahin auch eine lange Zeit. Diese widrigen Umstände machen es praktisch unmöglich, daß die Heizdecke beispielsweise prophylaktisch bei der Gefahr einer Eisbildung einsetzbar ist, da ein solcher. Einsatz eine schnelle iCemperaturänderung erfordert.
Es sind auch Oberflächenbeläge bekannt geworden, die aus einem Gitterwerk aus Kunststoff bestehen, dessen dtege hohl ausgebildet sind. In den hohlen Stegen sind dicht unter der Überfläche Heizleiter eingezogen. Das Gitterwerk wird an die Unterlage angeheftet und durch Ausgießen der Felder auf ihr befestigt. Die Heizleiter bestehen aus einer isolierten üblichen z.B. Kupfer-Aluminium-Eisen-Litze. Sie sind im Gitterwerk mit geringen Abständen mäanderförmig verlegt, so daß die gesamte Heizbahn überdeckt ist. Sie werden direkt an das "Verbrauchernetz angeschlossen. In mechanischer Hinsicht, insbesondere wegen ihrer ausgezeichneten Haftfestigkeit an der Unterlage und
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wegen ihren thermischen Eigenschaften sind diese Heizbeläge für Roll- und Fahrbahnen hervorragend geeignet. Pa -die Heizleiter direkt unter der Oberfläche angeordnet sind, sind die Anheizzeiten außerordentlich kurz, was nicht nur eine gute Wirtschaftlichkeit bedingt, sonders. darüberhinaus eine Programmsteuerung-ermöglicht;, so daß für alle praktisch vorkommenden Fälle auch eine wirksame Prophylaxe möglich ist. Dieser Yielzahl von Vorteilen steht im wesentlichen nur der eine Nachteil entgegen, daß nur Kleinspannungen an die Heialeiter angeschlossen !»erden- können, da diese nicht so geschützt sind, daß bei ν eventuell vorkommenden Beschädigungen zuverlässig jegliche Gefahr für Mensch und !Eier ausgeschaltet ist. Dieser Unsicherheitsfaktor läuft den in den meisten Ländern bestehenden Sicherheitsvorschriften entgegen, so daß- ζ.Zt. zwar eine wirksame Heizdecke bekannt ist, aber nicht verwendet werden kann ader darf.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, den Heizleiter so auszubilden und seine Schaltung derart zu wählen, daß trotz der Verwendung einer hohen Betriebsspannung eine absolute Sicherheit gegeben ist.
Erfindungsgemäß gelingt dies durch die gemeinsame Anwendung folgender Merkmale:
a) einem unterhalb der Oberfläche des BauIcSrpers angeordneten, vorzugsweise von einem metallisch leitenden, :
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geerdeten Mantel umgebenen Heizleiter, der an einer oberhalb der Verträglichkeitsgrenze für Mensch und Tier liegenden elektrischen Spannung angeschlossen ist,
b) mindestens einer elektrischen Üicherheitsschaltung, die bei Auftreten eines Verluststromes (Erdschluß, Kurzschluß, Phasenschluß) die Stromzuführung unterbricht, bevor die auf der Oberfläche auftretende Schrittspannung " bzw. bevor der Ableitstrom auf den Verträglichkeitswert für Mensch und !Tier angestiegen ist.
Durch die erfindungsgemäße Anwendung beider Merkmale ist eine größtmögliche Sicherheit tatsächlich gegeben, obgleich für die Betriebsspannung hohe Werte gewählt werden, die gestatten, die Leiterquerschnitte gering zu halten, da im !Falle einer Beschädigung der Anlage, sei es durch Kurzr oder Erdschluß, die sofortige, unverzügliche Abschaltung gewährleistet wird.
Diese unverzügliche Abschaltung wird vor allem dadurch sichergestellt, daß der den isolierten Heizleiter umgebende geerdete Mantel als geschlossene Hülle oder als Wendel ausgebildet und dieser Mantel von einer Isolationsschichte umschlossen ist, so daß für den über eine nicht unbeträchtliche Länge sich ausdehnenden Leiter eine definierte Erdschutzleitung vorliegt und so im Falle des ungewünschten Schlusses zwischen Heizleiter und Mantel über die definierte Erdschutzleitung ein zur Auslösung von Schaltvorgängen dienender Strom fließt. Die Sicher-
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heitsschaltung kann als Fehlerspannungsschutz- oder als Fehlerstromschutzschaltung ausgebildet sein. Um jedoch auch jene Störungen rasch und sicher zu erfassen, bei denen der Heizleiter unmittelbar 'mit dem aufzuheizenden" Baukörper Eontakt erhält oder bei denen zwischen den Heizleitern ein direkter Kurzschluß entsteht> ist die An^- ordnung eines Bifferentialschutzes unbedingt empfehlenswert, bei dem in bekannter Weise die gtrömsurame am Ein-^ gang und am Ausgang der Heizleiter miteinander verglichen wird.
•Selbstverständlich ist es möglich, die einzelnen Schützschaltungen in entsprechender Weise miteinander zu kombinieren»
Zum mechanischen Schutz des Heizleiters ist es zweckmäßig, diesen in dicht unter der Oberfläche des Baukörpers liegenden Röhren oder in einseitig offenen Profilen mit vorzugsweise trapezförmigem Querschnitt z.B, aus glasfaserverstärktem Kunststoff zu verlegen»
Bollen die Heizleiter zur Erzielung einer kurzen Aufheizzeit möglichst nahe an der Oberfläche des Baukörpers liegen, so ist es vorteilhaft, daß die Felder zwi-r sehen den Rohren oder Profilen mit einem isolierenden Füllmörtel, z»Bf einem Kunstharz gebundenen mineralischen Zuschlagstoff ausgefüllt sind. Unabhängig von der Art Lage der Heizleiter bzw. unabhängig von ihrer Verlegung
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sind die Heizleiter vorzugsweise an. dreiphasigem Kraftstrom angeschlossen.
Nicht wesentlich sind die technischen Einzelheiten in der Ausbildung des Obex^flächenbelages selbst. Diese werden durch den Yervrendungszweck und die Betriebsforderungen "bestimmt. Ob der Belag für Flugpisten, Straßen oder auch für Fußböden, Wände und Decken verwendet wird, hat naturgemäß Einfluß auf die Wahl des Materials für die Heizleiterbettung, auf deren Formgebung und auch auf den .füllstoff. Forderungen an die Haftfestigkeit bei (Temperatur Schwankungen, Abriebfestigkeit, zulässige Feuchtigkeitsaufnähme usw. spielen hierbei eine ausschlaggebende Holle. Die Heizleistung und die damit verbundene Wahl des Heizleiterquerschnittes und auch eventuell der Betriebsspannung, die jedoch auf alle Fälle oberhalb der Werte der Kleinspannung; liegt, werden durcli die eiprentliche Aufgabenstellung der Heizdecke bestimmt. Besonders hohe Anforderungen werden an die Heizdecken bei Brückenbelägen gestellt, wenn einer Vereisung oder einer frebelbildung prophylaktisch vorgebeugt werden soll. In diesem Falle ist eine Prophylaxe nur dann möglich, wenn die Temperatur der J?ahrbahnoberfläche in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur» der Feuchtigkeit und auch der Windeinflüsse rasch und wirksam geregelt wird. Dies ist vor allem dann möglichj wenn der Heizleiter dicht unterhalb der Fahr-I>ahnoberfläche angeordnet ist, so daß dessen Wärme an diese schnell abgegeben "wird. Bei einer solchen Lage des ■
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Ileizleiters sind mechanische Beschädigungen möglich. Durch Verwendung des erfindungsgemäßen Heizleiters, fer— _ ner durch Verwendung von gut isolierenden und ieuchtigkeitsabweisenden !füllstoffen und durch die Verwendung der angegebenen Sicherheitsschaltungen können Gefahr enmomeirfce für Mensch und lierjpraktisch ausgeschlossen werden, denn die StromzufüJirungen werden unverzüglich unterbrochen, wenn irgendwo am Heizleiter ein Defekt entsteht. Zwar ist; keine Isolation vollkommen und bei sehr langen Heizleitern werden immer Stromverluste auftreten, trotzdem können, diese aber äußerst nieder gehalten werden. Die ^icherheitsschaltung muß also so beschaffen sein, daB sie erst bei einem ganz bestimmten Verluststrom unterbrich*. Die obere Grenze dieses Verluststromes ist durch die Ter— träglichkeitsgrenze für Mensch und liutztier gegeben. Erreicht der Verluststrom diese Grenze, so wird die Stromzuführung so rasch unterbrochen, daß für Mensch oder 3?ier mit Sicherheit' noch kein Schaden auftritt. Hierfür liegen Erfahrungswerte vor, die in den gesetzlichen Sicherheitsbestimmungen niedergelegt sind. Die Absolutwerte weichen in verschiedenen Ländern etwas voneinander ab.
Nach welchem Prinzip der Sicherheitsschalter arbeitet, ist an sich beliebig. Wie Versuche gezeigt haben, erfüllt z.B. bei dreiphasigem Kraftstromanschluß ein Induktiver Fehlerstromschutzschalter völlig diese Bedingungen. Bei diesem Fehlerstromschutzschalter wird der V^rlußtstrom über einen Summenstromwandler bestimmt. Die
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Stromzuführungen sind als Primärwicklung um einen Eisenkern gelegt, der eine Sekundärwicklung trägt. Bei nicht defektem Heizkabel ist im Wandler die Stromsumme Null. Tritt ein Defekt im Heizkabel auf, so ist in der Primärwicklung der Summenstrom nicht mehr Null und damit in der Sekundärwicklung ein Strom induziert, der über ein Feinrelais einen Schalter betätigt. Die Empfindlichkeit und Ansprechzeit kann verhältnismäßig einfach den gestellten Bedingungen angepaßt werden. Bei der Verlegung des Heizleiters muß natürlich darauf geachtet werden ,2 ,daß die Summe der immer vorhandenen und unschädlichen, Nebenschlüsse über die Isolation wesentlich geringer als die Empfindlichkeitsgrenze des Sicherheitsschalters ist. So kann es bei sehr großen Oberflächen erforderlich sein, daß die gesamte Hache in Teilflachen aufgeteilt und Jede Teilfläche mit einem gesonderten Stromanschluß und Sicherheitsschalter versehen werden muß. Da jedoch mit den heutigen Materialien sehr gute "Isolationen auch bei 100% Feuchtigkeit möglich sind, wird diese Maßnahme immer ein Ausnahmefall bleiben.
Mit dieser erfindungsgemäßen Einrichtung ist somit eine rasche wirksame und dabei völlig sichere Beheizung, von Oberflächen, insbesondere der Straßen, Flugpisten und Brückendecken überhaupt erst möglich geworden. Dabei können diese Beläge mit relativ gerif-em Aufwand so ausgebildet 'werden, daß sie nicht nur allen mechanischen Anforderungen entsprechen, sondern darüberhinaus Eis- und unter
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^ auch Nebelbildung dicht über der Fahrbahndecke prophylaktisch verhüten können.
Auf der Zeichnung ist in
Fig. 1 der Querschnitt eines Heizkabels schematisch dargestellt,
Fig. 2 zeigt ebenfalls schematisch eine Fehlerstromschutzschaltung.
Der Kabelkern 1, der aus Litzendrähten gebildet ist i ist von einer Polyäthylenhülle 2 umschlossen, die ihrerseits von einer metallisch leitenden Hülle 3 umgeben ist. Diese Hülle 3 ist geerdet. Als Außenisolierung ist um die Hülle 3 ein Mantel 4 aus Polyamid mit; einer geringen, Wasseraufnahmefähigkeit vorgesehen, der nicht nur die Hülle 3 entlang des Kabelverlaufs elektrisch vom umgebenden Baukörper trennt, sondern auch gleichzeitig das Kabel zusätzlich vor Eindringen von Feuchtigkeit und Nässe und auch vor mechanischer Beschädigung schätzt.
Bei der lehlerstromsehutzschaltung (Fig.2) wird das dreiphasige Heizkabel 5 über den Schalter 6 direkt an das Netz 7 angeschlossen. Der !metallmantel 3 des Heizkabels liegt an Erde 8. Dem Behälter 6 ist ein Summenwandler 9 zugeordnet. Bgi* Sehlerstromauslöser 10 ist mit dem Summenwandler iiitektiv gekoppelt*
jat die -jitPömBumme der.dr^i Phasen infolge elftes Kab-eldefektes uiig&eiGh KuIl5 so lopt der dadurch indusiirtö
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und den Fehlerstromauslöser 10 durchfließende Strom den Schalter 6 aus. Die Jimpfindlichkeit des Schalters liegt
12 in der Größenordnung von 10 "bzw. 10 Milliampere und seine Eeaktionszeit bei etwa 200 Millisekunden.. -
Anstelle der Fehlerstromschutzschaltung kann eine Fehlerspannungsschutzschaltung vorgesehen sein. In diesem lall wird der Schutzleiter 11 über eine Fehlerspannungsaus lösespu*-le zur Erde geführt und der Fehlerspannungsauslösespule ein "Überspannungsableiter parallel geschaltet.
ORlG/KiÄL
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Claims (8)

  1. Patentansp r-ü ehe:
    Λ. YEinrichtung zum elektrischen Beheizen von flächenhaf t
    ^—^ ausgedehnten Baukörpern, wie "beispielsweise Straßen, Brücken, Eollfeidern, Fußböden, Wänden od.dgl., gekennzeichnet durch die gen&nsame Anwendung folgender Merkmale; .
    a) eineia unterhalb der Oberfläche des Baukörpers angeordneten, vorzugsweise von einem metallisch leitenden, geerdeten Mantel umgebenen Heizleiter, der an einer oberhalb der Yerträglichkeitsgrenze für . Mensch und Tier liegenden elektrischen Spannung angeschlossen ist,
    b) mindestens einer elektrischen Sicherheitsschaltung, die bei Auftreten eines Verluststromes (Erdschluß, Kurzschluß, Phasenschluß) die ötromzuführung unterbricht, bevor die auf der Oberfläche auftretende Schrittspannung bzw. bevor der Ableitstrom auf den Verträglichkeitswert für Mensch und Tier angestiegen ist.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, daß deifden isolierten Heizleiter umgebende Mantel als geschlossene Hülle oder als Wendel ausgebildet und der Mantel von einer Isolationsschichte umschlossen ist.
  3. 3· Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, / daß die Öicherheitsschaltung als Fehlerstromschutz-*
    • ' "'ν,·; ·'■ BAD ORIGINAL
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    schaltung ausgebildet ist.
  4. 4.. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sieherheitsschaltung als Fehlerspannungsschutz schaltung ausgebildet ist.
  5. 5· Einrichtung nach Anspruch-1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitsschaltung als Different!alschutz ausgebildet ist. .
  6. 6. Einrichtung nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitsschaltung aus einer Kombination der angegebenen Schutz schaltungen besteht. ,■*·--——
  7. 7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, ■ daß der Heizleiter in dicht unter der Oberfläche des Baukörpers liegende Röhren oder in einseitig offenen Profilen mit vorzugsweise trapezförmigem Querschnitt? z.B. aus glasfaserverstärktem Kunststoff verlegt ist.
  8. 8. Einrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet,
    . daß. die Felder zwischen den Röhren oder Profilen mit einem isolierenden Füllmörtel, z»L, einem Kunstharz gebundenen mineralischen Zuschlagstoff ausgefüllt sind.. ; BAD ORlGiN-AL
    Patentanwalt
    270564 809812/0831
DE19641459745 1963-05-31 1964-05-29 Einrichtungen zum elektrischen Beheizen von flaechenhaft ausgedehnten Baukoerpern Pending DE1459745A1 (de)

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