DE1759524C - Heizeinrichtung zum elektrischen Behei zen von flachigen Belagen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Heizeinrichtung zum elektrischen Beheizen von flüchigen Belügen, beispielsweise zum Beheizen von Rollfeldern oder Straßen, mit Wechselstrom, die aus einem metallischen AulJenrohr und einem darin angeordneten elektrisch isolierten Innenleiter besteht,

Auf Rollfeldern, Straßen u.dgl. bilden sich im Winter sehr oft Schnee- und Eisbeläge, was zu nennenswerten Verkehrsstörungen bzw, Beeinträchtigungen führen kann. Es ist somit bereits bekannt (österreichische Patentschrift 258 340 und Zeitschrift· »Straßen- und Tiefbau«, Heft 6, 1967, S. 426), elektrische Heizleiter in den Straßen- bzw. Rollfeldbelag einzubetten, Da entlang derartiger Heizleiter notgedrungenermaßen ein Spannungsgefälle auftritt, ist es notwendig, diese Heizleiter elektrisch zu isolieren. Zur Erzielung eines mechanischen Schutzes wird dann der mit Isolation versehene Heizleiter in den meisten Fällen innerhalb eines Metallrohrs angeordnet, das wiederum innerhalb des Straßen- bzw. Rollfeldbelages eingebettet wird. Falls dies gewünscht sein sollte, kann dabei das Metallrohr als Rückleiter dienen (s. deutsche Patentschrift 1 081720).

Die bisher bekannten Einrichtungen zum elektrischen Beheizen von flächigen Belägen hatten jedoch den Nachteil, daß innerhalb des eigentlichen . Heizleiters ein Wärmestau auftritt, da der um den eigentlichen Heizleiter herum angeordnete Isolierstoffmantel notgedrungenermaßen eine schlechte Wärmeleitfähigkeit aulweist. Dies hat zur Folge, daß zwischen dem eigentlichen Heizleiter und dem Außenrohr ein relativ hohes Temperaturgefälle auftritt. Dieses Problem wird dadurch noch erhöht, daß es sich herstellungsmäßig nicht vermeiden läßt, daß zwischen dem mit dem Isolierstoff ummantelten inneren Heizleiter und dem einen mechanischen Schutz gewährenden Außenrohr ein gewisser Spalt vorhanden ist, der die Übertragung der innerhalb des Innenleiters entwickelten Wärme negativ beeinflußt. Aus diesen obengenannten Gründen erweist es sich als notwendig, stark hitzebeständige Isolierstoffmaterialien zu verwenden, die notgedrungenermaßen relativ teuer sind.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist, eine Heizeinrichtung zum elektrischen Beheizen von flächigen Belägen zu schaffen, die eine unmittelbare, nicht durch Isolierhüllen behinderte Wärmeabgabe erlaubt, ohne daß die Sicherheit durch zu hohe Berührungsspannungen gefährdet ist.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß das metallische Außenrohr aus ferromagnetischem, elektrischem Widerstandsmaterial besteht, daß das metallische Außenrohr an einem Ende mit dem Innenleiter geringen elektrischen Widerstandes verbunden ist, während am anderen Ende an das Außenrohr und den Innenleiter die Wechselspannung angelegt ist, und daß das metallische Außenrohr eine Wandstärke aufweist, die größer als die Eindringtiefe des Wechselstromes ist.

Durch Verwendung von ferromagnetischen Außen, rohren und einer Wechselstromspeisung ergibt sich, daß die Wärme im wesentlichen entlang der Innenseite des Außenrohrs entwickelt wird. Auf Grund der Tatsache, daß die Wandstärke der aus ferromagnetischem Material bestehenden Außenrohre größer als die Eindringtiefe des Wechselstromes ist, wird ferner erreicht, daß an der Außenoberfläche der Außenrohre keine elektrischen Ströme fließen. Die Außenrohre können somit in bekannter Welse ohne zusUtzliche Isolierung direkt in den zu beheizenden flächigen Belag eingesetzt werden,

Gemäß der Erfindung dient der Innenleiter einzig s und allein der Zufuhr des elektrischen Stromes,'so daß er aus gut leitendem Leitermaterial — wie Kupfer oder Aluminium — gefertigt werden kann. Da der Widerstand des Innenleiters im allgemeinen gegenüber dem Widerstand des ferromagnetischen AuUen-

jo rohres vernachlässigbar ist, wird entlang des Innenleiters praktisch keine Wärme erzeugt. Demzufolge kann sich zwischen dem Innenleiter und dem Außenrohr kein Wärmestau ausbilden, so daß relativ billige Isolierstoffe verwendet werden können, wobei ferner

«3 das Vorhandensein eines zwischen der Isolierung und dem Außenrohr auftretenden Luftspaltes keine Rolle spielt.

Da auf Grund des Hauteffektes die Wechselstöme nicht bis an die Außenfläche der Außenrohre dringen

ao können, können selbst beim Auftreten eines Kurzschlusses zwischem dem Innenleiter und der Innenseite des Außenrohres keine Spannungen an dessen Außenseite auftreten. Demzufolge müssen keine besonderen Schutzeinrichtungen (s. beispielsweise öster-

a5 reichische Patentschrift 258 340) vorgesehen sein, die zum Schutz von Mensch und Tier beim Auftreten eines Kurzschlusses ein sofortiges Abschalten der Heizeinrichtung bewirken.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr in Windungen gelegt ist, die durch metallische Verbindungsstege miteinander verbunden sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung der Stromverteilung eines Außenrohres, in dessen Innerem ein von Wechselstrom durchfiossener Leiter angeordnet ist, Fig.2 eine schematische Ansicht der Stromverteilung bei einer Heizeinrichtung gemäß der Erfindung,

F i g. 3 eine schematische Schnittansicht entlang der Linie X-Y von F i g. 4 und

F i g. 4 die Ansicht einer in eine Oberfläche eingebetteten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.

F i g. 1 zeigt eine Wechselstromquelle 1, die mit einem isolierten Innenleiter 3 verbunden ist, welcher, wie in der Figur zu sehen ist, durch ein Außenrohr 2 geführt ist. Sobald Wechselspannung mit der üblichen Netzfrequenz angelegt wird, fließt in den Innenleiter 3 ein elektrischer Strom, der im folgenden i genannt werden soll. In dem aus ferromagnetischem Material bestehenden Außenrohr 2 fließt dann sowohl an der Innenseite wie auch an der Außenseite ein Strom i', der ungefähr die gleiche Stärke wie der Strom / hat. Der Strom j" ist somit ein Wirbelstrom, der eine Oberflächenströmung zur Folge hat.

Bekanntlich kann die Wechselstromeindringtiefe d (cm) durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:

wobei

d = 5030 ]/"ö/"/if,

ρ der spezifische Widcrstanu [iJcm],
μ die Permeabilität (0) und
/ die Frequenz der Stromquelle [l/sec]

Bei dom in F i g, 1 gezeigten Spannungsmesser 9 tritt dabei femer zwischen den Klemmen ρ und q eine Spannung auf, doren Wert ungeflihr der HUIfte der Spannung der Stromquelle 1 entspricht, Bei Kurz« schluß oder Erdung zwischen ρ und q Klemmen variiert der Strom i, Diese Anordnung weist somit den erheblichen Nachteil auf, daß Menschen oder Tiere einer Spannung ausgesetzt und dadurch verletzt werden künnen,

Die Schallungsanordnung der erfindungsgemltflen ίο Heizeinrichtung ist in Fig,2 gezeigt. Der mit einer Stromquelle L verbundene und isoliorte Leiter 3 ist durch das Innere des Außenrohres 2 geführt und an einer mit einem Ende des Außenrohros2 verbundenen Klemme 4 angeschlossen. Der andere An- «5 schluß der Stromquelle 1 ist an einer mit dem anderen Ende des Rohres 2 verbundenen Klemme S ungeschlossen. Auf Grund des HautelTektes Hießt der durch das Außenrohr 2 fließende Strom nur an der Innenseite der Rohrwandung, jedoch nicht an der ao Außenseite des Rohres 2. Wenn somit die un der Außenseite des Rohres 2 angebrachten Klemmen ρ und q mit einem Spannungsmesser 9 verbunden werden, wird an denselben die Spannung 0 gemessen. Somit tritt selbst bei Erdung an den Stellen 8 und 8' kein Erdstrom auf.

Die Heizeinrichtung gemüß der vorliegenden Erfindung kann in der Praxis angewendet werden, indem das in Fig. 2 schematisch dargestellte Außenrohr 2 als Heizelement verwendet wird. Fig. 3 und 4 zeigen die Anordnung solcher unter einer Oberfläche verlegter Heizelemente. Diese Figuren zeigen die Stromquelle 1, das Außenrohr 2, isolierte Innenleiter 3, Klemmen 4, S und 6 und die Erde 8. Der Wechselstrom fließt von der Stromquelle 1 über die Klemme 6 zu dem an der Innenseite des Rohres 2 angeordneten isolierten Innenleiter 3 und gelangt an die Klemme 4, von wo aus er nur an der Oberfläche der Innenwand des Rohres 2 entlang fließt. An der Klemme 5 tritt er aus dem Außenrohr 2 aus und fließt zur Stromquelle 1 zurück. Wenn deshalb ein derartiges Außenrohr 2 in Asphaltzement, einen leitfähigen Erdmaterial o. dgl. eingebettet ist und wenn zusätzlich noch ein Kurzschluß nach außen hin erzeugt wird, dann bleibt der Strom ϊ trotzdem konstant. Dabei fließen solange keine Erd- oder Kurzschlußströme, solange die Isolierung des Innenleiters 3 von der Klemme 6 zur Klemme 4 intakt bleibt, Dies bedeutet, daß nuch außen hin keine Spannung auftritt, die Menschen und Tieren schildlich sein könnte.

Da das aus dem Außenrohr 2 und dem Innenleiter 3 bestehende Heizelement aus Eisen besieht, paßt es sich gut an Zement, Asphalt oder ähnlichen Muterlalien an, die zur Herstellung von Strußen, Fußböden oder Muuern vorwendet werden.

Zweckmlißlgerweisc wird eine derartige Heizeinrichtung mit Hilfe von Vcrbiudungsstegen 7 verstärkt, so daß sich eine relativ starke und leicht vcriegbarc Konstruktlonswcisc ergibt, Durch Verwendung von verhältnismäßig breiten Verbindungsstellen 7 wird ferner die Temperaturverteilung auf der Oberfläche von Straßen, Fußböden und Mauern ausgeglichen.

Obwohl die Beschreibung sich auf einen Stromkreis mit einer einphasigen Wechselstromquelje bezieht, so soll es doch verstanden sein, daß bei Verwendung von einer oder mehreren wärmeerzeugenden Außenrohren 2 auch mehrphasige elektrische Stromquellen verwendet werden können, die in Übereinstimmung mit dem Vorhandensein eines bestehenden Starkstromnetzes bzw. der Dimensionierung eines wärmeerzeugenden Stromkreises ausgelegt sein müssen.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Heizeinrichtung zum elektrischen Beheizen von flächigen Belägen, beispielsweise zum Beheizen von Rollfeldern oder Straßen, mit Wechselstrom, die aus einem metallischen Außenrohr und einem darin angeordneten elektrisch isolierten innenleiter besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Außenrohr (2) aus ferromagnetischem, elektrischem Widerstandsmaterial besteht, daß das metallische Außenrohr (2) an einem Ende mit dem Innenleiter (3) geringen elektrischen Widerstandes verbunden ist, während am anderen Ende an das Außenrohr (2) und den Innenleiter (3) die Wechselspannung angelegt ist, und daß das metallische Außenrohr (2) eine Wandstärke aufweist, die größer als die Eindringtiefe des Wechselstromes ist.

2. Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (2) in Windungen gelegt ist, die durch metallische Verbindungsstege (7) miteinander verbunden sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen