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"Verfahren und Vorrichttlnffl zum Aufschließen und Entfernen von Risschichten"
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufschließen und Entfernen
von Eisschichten sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit
einer elektromagnetischen Wellen aussendenden Einrichtung und insbesondere mit einer
mechanischen Abtrageeinrichtung.
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Ein breiter Bereich der Technik beschäftigt sich mit dem Entfernen
von Eis.
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Es ist bekannt, daß Eis, das sich auf Straßen und Schienenwegen ablagert,
zu Verkehrsbehinderungen führt. Ferner führt Eisbildung beispielsweise an den Aufbauten
von Schiffen oder an den Strömungsprofilen von Flugzeugen zu derart großen Beeinträchtigungen,
daß die Verkehrstüchtigkeit der genannten Fahrzeuge beeinträchtigt wird.
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Es fällt aber auch Eis in verschiedenen Herstellungsprozessen als
Produkt an, wobei es aus der Herstellungsanlage entfernt werden muß.
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In der überwiegenden Mehrzahl bedient man sich bisher zum Entfernen
des Eises mechanischer Hilfsmittel, wobei das Eis von der Oberfläche, an der es
anhaftet, losgebrochen und gegebenenfalls vor oder nach dem Losbrechen zerkleinert
wird. Dieses Verfahren führt oftmals zu einer Beeinträchtigung der Oberflächen,
von denen das Eis losgebrochen wird, und es benötigt einen außerordentlichen Aufwand
an Zeit, Energie und Geräteeinsatz.
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Oftmals ist man daher dazu übergeganaen, Eisschichten durch thermische
Einwirkung aufzutauen bzw. abzulösen: so werden beispielsweise Schienen von Eisenbahnen
mit Flammenwerfern partiell erhitzt, wobei aufgrund der Wärmeleitung in der Schiene
längs eines gewissen Oberflächenabschnittes die Bindung zwischen Schiene und Eis
auftaut, so daß die Eisschicht verhältnismäßig einfach und für die Oberfläche schonend
mechanisch entfernt werden kann. Ferner ist es bekannt, beispielsweise durch Aufheizen
der Haftlächen, wie bei beheizten Kraftfahrzeugscheiben, eine Eisschicht abzulösen.
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Schließlich ist ein Verfahren bekannt geworden (D-OS 2 400 437), bei
dem zum Entfernen gefrorener Schichten von Oberflächen sichtbares Licht verwendet
wird, das das Eis durchdringt und beim Auftreffen auf die Haftläche sich in Wärme
umwandelt, so daß die Bindung des Eises an die Haftfläche aufgetaut wird. Das Eis
wird anschließend mechanisch in Stücke gebrochen und entfernt.
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Obgleich beim letztbeschriebenen Verfahren nicht mehr das gesamte
Eis aufgetaut werden muß, sondern nur noch eine bestimmte Schicht, ist dieses Verfahren
noch verhältnismäßig aufwendig, und es führt wegen der zusammenhängenden Eisstücke,
die mechanisch entfernt und zerkleinert werden müssen, noch zu erhebliohen Problemen.
Insbesondere ist dieses Verfahren beim verfahrenstechnischen Einsatz nur geeignet,
Eis von einer Bindungsschicht abzulösen, nicht aber, Eis auf rationelle Weise zu
zerkleinern und abbaufähig zu maohen.
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Aufgabe der Erfindung ist es. ein Verfahren sowie eine Vorrichtung
zur Durchführung dieses Verfahrens zu finden, nach der die eingangs beschriebenen
Unzulänglichkeiten zumindest zum Teil verbessert und behoben werden. Insbesondere
ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren vorzusehen, das zum Aufschließen von
Eisschichten dient ferner ist es insbesondere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren
und eine Vorrichtung zum Räumen des Eises von Straßen und Schienen sowie eine besonders
zweckmäßige Verwendung der Vorrichtung zum Entfernen von Eisschichten zu finden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Ris elektromagnetischen
Wellen diskreter Frequenzen ausgesetzt wird, die vorzugsweise ausschließlich denen
der Absorptionsspektrallinien der Hauptbestandteile des Eises entsprechen.
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Durch din Verwendung der Frequenzen w;rd das Eis normiert1 und es
wird die Makrokristallstruktur aufgelockert, um einen weiteren Abbauprozeß vorzubereiten.
Ein weiterer Abbauprozeß kann beispielsweise bei Verfahrensprozesser im Abschaben
des vorgekörnten Eises beteben. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt nicht nur darin,
daß die verwendete Energie besonders wirtschaftlich, sparsam und zweckgerichtet
eingesetzt wird, sondern auch darin, dao in diesem Aufschließungsprozeß des Eises
keinerlei Schmelze anfällt: bei den bisher" gen Verfahren, nämlich insbesondere
bei der Verwendung an Schienenwegen, bestand ein wesentlicher Nachteil darin, daß
Schmelze
in Ritzen beispielsweise von Weichenanlagen eindringen
konnte und dort wider nach Gefrieren zu neuen Betriebsstörungen führen konnte.
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Einer Ausgestaltung der Erfindung gmeäß wird die Eisschicht zugleich
oder nach Beginn der Behandlung mit elektromagnetischen Wellen diskneter Freauenzen
mit vorzugsweise modulierten und/oder gepulsten Ultraschallwellen beaufschlagt.
Hierbei wird die bereits aufgeschlossene Struktur des Eises weiter gelockert; durch
einsetzen von gepulsten elektromagnetischen Wellen, die gleichzeitig oder intermittierend
mit den elektromagnetiscllen Wellen der Absorptionsfre quenzen oder erst nach Abschluß
des Behandlungsprozesses mit dienen Wellen verwendet werden können, ergibt sich
eine weitere AufschlieBung und Auflockerung des bereits gelösten Kristallgefüges
des Eises.
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Insbesondere für Verfahrensprozesse bildet sich aus dem Eisblock
ein körniges Schüttgut, das wegen geringer anfallender Wärme nur wenig Schmelze
aufweist und deswegen nicht sofort nach Unterbrechen der Energiezufuhr wieder zu
einem Block gefriert.
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vine Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß das Eis zusätzlich,
gleichzeitig oder anschließend an einen oder mehreren der vorbeschriebenen Verfahrensschritte
mit elektromagnetischen Längstwellen vorzugsweise im Bereich bis 50 kHz beaufschlagt
wird. Diese Längstwellen nutzen die Temperaturabhängigkeit der Dielektrizitätskonstanten
des Eises und dienen zum weiteren Aufschließen und Vorbereiten des Eises.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung- bezieht darin, dan das Eis
zusätzlich, gleichzeitig oder anschließend mit den vorbeschriebenen Verfahrensschritten
elektromagnetischen Frequenzen ausgesetzt wird. d;e in den Zwischenräumen und anßnrhalb
der Spektrallinien liegen. Diese Frequenzen durchdringen in optimaler Weise un-ehindert
das Eis und dienten dazu, Eisschichten von den Oberflächen, an denen es anhaftet,
abzuschmelzen, da diese elelrtromagnetischen Wellen beim Auftreffen auf die Oberflächen
ihre Energie in Wärme umsetzen.
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Jeder der voranstehend beschriebenen Verfahrensschritte dient für
sich der Vorbereitung des Abbauprozesses des Eises; die Erfindung bezieht sich aber
ausdrücklich auch auf ein Verfahren, das die obengenannten Verfahrensschritte in
ihrer Reihenfolge gestaffelt aufweist: durch dieses Verfahren wird in besonders
zweckmäßiger Weise das einfache mechanische Entfernen bzw. Abkehren der Eisoberfläche
vorbereitet, ohne daß hierbei unnütze Schmelzemengen anfallen Somit weist die Erfindung
gegenüber dem Abtauverfahren den entscheidenden Vorteil auf, daß nur noch ein Kleinstwert
an Wärmeenergie der Eisschicht zugeführt werden muß.
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Das oben beschriebene Verfahren kann über die gesamte Fläche einer
Eisschicht oder nur über bestimmte Flächenabschnitte, beispielsweise in Form eines
Rastermusters, angewandt werden; hierbei ist es möglich, die einzelnen Verfahrensschritte
unterschiedlichen
Flächenabschnitten anszusetzen: hesneilsweise
kann ein erfindungsgemäßes Verfahren von Vorteil sein, bei dem eine oder mehrere
der ersten drei genannten Verfahrensabschnitte eines Eisschicht in ein bestimmtes
Muster zerteilen und bei dem der letztgenannte Verfahrensabschnitt anschließend
zum Abtauen der Kontaktschicht des Dieses an der Haftfläche dient, dem anschließend
ein bekanntes mechanisches Abräumverfahren folgen kann.
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Die eingangs genannte Aufgabe wird ferner durch eine Vorrichtung zum
Aufschließen und Entfernen von Eisschichten gelöst, die mit einer lichtaussendenden
Einrichtung und insbesondere mit einer mechanischen Abtrageeinrichtung versehen
ist. bei der das ausgesandte Licht vorzugsweise ausschließlich die Frequenzen aufweist,
die den Absorptionsspektrallinien der Hauptbestandteile des Eises entsprechen, und
zwar insbesondere d;e Frequenzen, die den Wellen zahlen (in cm-1) v3 = 3240(Absorptionsmaximum).
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v2 = 1600 (Deformationsschwingung).
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v1 = 500 (Librationsschwingung) sowie den Hauptlinien der H-Bindung
zugeordnet sind.
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Ferner weist d"e erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß weiterer Ausgestaltunen
einen zusätzlichen Ultraschallsender, einen zusätzlichen Sender für elektromagnetische
Lanowellen insbesondere aus dem Bereich von 50 kHz und einen Sender für elektromagnetische
Wellen auf, deren Frequenzen in den Z wischenräumen und außerhalb der am meisten
ausgeprägten Absorptionsspektrallinien der Haupt bestandteile des Eises liegen.
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Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht
darin, daß sie Einrichtungen zum Bündeln der elektromagnetischen Wellen und/oder
Schallwellen aufweist. Hierdurch ist es möglich, Eisschichten längs beliebig wählbarer
Trennungslinien aufzuschließen, beispielsweise um eine dicke Eisscchicht in Eisschollen
bestimmter Größen z zerlegen.
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Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht
darin, daß sie eine zusätzliche mechanishce Räumeinrichtung aufweist@ hierdurch
ist es möglich, mit einer einzigen Vorrichtung eine Eisschicht sowohl aufzuschließen
als auch zu entfernen.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Vorrichtung
eine Regeleinrichtung zum Ansteuern der Sender und Einrichtung mit lleßfühlern zum
Erfassen der Kenndaten der Eissohicht aufweist. Durch diese Regeleinrichtung kann
die Energiezufuhr der einzelnen Stufen der erfindungsgemäßen Vorrichtung temperaturabhängig
und eisspezifisch gesteuert werden. Vorzugsweise erfolgt hierbei die Energiezufuhr
durch die einzelnen Stufen an die Eisschicht zeitlich hinte"einander, wobei die
Vorrichtung, die das erfindungsgemäße Verfahren verwendet, in Verfahrensrichtung
bewegt wird. Die Regeleinrichtung steuert hierbei die Bewegungsgeschwindigkeit in
Abhängigkeit von den durch den oder die Meßfühler aufgenommenen Kenndaten des Eises.
In gleicher Weise ist es aber auch möglich, die Geschwindigkeit des Verfahrensablaufes
dadurch zu steuern, daß die aufgetaute Oberfläche erfaßt bzw. abgetastet wird: hierbei
kann beisipelsweise die Oberflächentemperatur,
die Stärke einer
Flüssigkeitsschicht oder dergleichen als Meßwert dafWir dienen, inwieweit der vorausgegangene
Räumvorgang abgeschlossen ist oder nicht.
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Erfindungsgemäße Vorrichtung kann grundsätzlich überall dort eingesetzt
werden, wo Eis VDh Flächen abzutauen ist, beispielsweise als tragbare Einrichtung
zum Abtauen der Deckaufbauten von Schiffen.
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Eine besonders vorteilhafte Verwendung erfährt die erfindungsgemäße
Vorrichtung aber gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung an Pahrzeugen
für Straßen und/oder Schienenbetrieb. Hierbei ist es möglich, Fahrspuren oder Schienenwege
auf besonders rationelle Weise von Eis zu befreien.
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n der Zeichnung w"rd d5e Erfindung im Prinzip noch näher erläutert.
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In Fig. 1 ist schematisch ein Pahrzeug 1 dargestellt, das sich in
Pfeilrichtung mit einer bestimmten Geschwindigkeit bewegt, die der Geschwindigkeit
der erfindungsgemäßen Verfahrensabläufe entspricht.
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Vor dem Fahrzeug ist die erfindungsgemäße Vorrichtung 2 angeordnet,
die sich oberhalb der zu räumenden Fläche 3 befindet und in der die zum Aufschließen
und Entfernen des Eises in erfindungsgemäßer Weise benötigten Wellen gebündelt auf
die Fläche 3 gesandt werden.
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Die Vorrichtung 2 ist in Fig. 2 näher dargestellt; wiederum ist die
Fahrtrichtung mit einem Pfeil dargestellt. Der Verfahrenslauf der einzelnen Verfahrenseinrichtungen
entspricht hierbei der Reihenfolge entgegen der Fahrtrichtung. Eine unbeschädigte
Eisschicht 4 wird von
Wellen beaufschlagt, die vom Mikrowellensender
5 ausgehen und über eine Bündelunseinrichtung 6 auf die isfläche konzentriert werden.
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Das bereits aufgeschlossene Eis 7 wird von einem Ultraschallgeber
8, der gegenüber der Eisoberfläche angeordnet ist, weiter aufgeschlossen, und das
weiter aufgeschlossene Eis 9 wird von einem Längstwellansender 10 beaufschlagt,
der das Eis 9 in einen Zustand il versetzt, in den es zum endgültigen Ablösen von
der Fläche 3 hinlänglich vorbereitet ist. Das Lösen des Eises. 11 von der Fläche
3 geschieht durch einen Mikrowellensender 12, der Wellen aussendet, die zwischen
den Absorptionslinien des Eises liegen, und die von einer Einrichtung zum Bündeln
13 auf die zu lösende Schicht des Eises projiziert werden.
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Abschließend wird das Eis von einer mechanischen Einrichtung 14 abgeräumt
bzw. zerkleinert und als Räumsohutt 16 entfernt.
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Die Sender für elektromagnetische Wellen 5, 10 und 12 sowie der Ultraschallgeber
8 sind mit einer Steuer- und Regeleinrichtung 15 verbunden, die ihrerseits von einem
Bedienungsstand (nicht dargestellt) ansteuerbar sind. Die Steuer- und Regeleinrichtung
15 kann auch in Abhängigkeit von der über (nicht dargestellte) Meßfühler die Zustände
sowie den Abstand der Eisschicht aufnehmen, wobei die Bündeleinrichtungen 6 und
13 ebenfalls angesteuert werden können.