DE29502036U1

DE29502036U1 - Straßenheizvorrichtung

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Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 1994-05-13
Filing date: 1995-02-08
Publication date: 1995-05-24
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Description

A 52 507 g Anmelderin:

g - 202 Teijin Limited

07.02.1995 6-7, Minamihonmachi 1-chome

Chuo-ku
Osaka-shi Osaka, 542/Japan

Straßenheizvorrichtung

Die Neuerung betrifft eine Straßenheizvorrichtung, die zur Erzeugung von ausreichender Wärme verwendet werden kann, um Schnee auf der Straße zu schmelzen und zu beseitigen.

Bisher wurden in großem Umfang Warmwasserzirkulations-Systeme und Grundwassersprüh-Systeme zum Schmelzen von Schnee auf den Straßen und an anderen Stellen verwendet. In den zurückliegenden Jahren wurden elektrische Straßenheiz-Systeme aufgrund der Einfachheit in der Verlegung und der Wartung beliebter.

Die Heizelemente, die in den elektrischen Straßenheizsystemen verwendet werden, sind lineare Heizelemente, welche einen sogenannten Nichrom-Draht oder ein Kohlenstoffheizelement umfassen, welches mit einer thermisch beständigen Vinylchloridharz-Isolationsschicht versehen ist (japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 49-114232 und japanische Gebrauchsmusteroffenlegungsschrift Nr. 63-65704). Die linearen Heizelemente beinhalten Probleme, indem der bedeckende Isolator eine geringe thermische Widerstandsfähigkeit aufweist und daß er in radialer Richtung Deformationen unterliegt. Diese Probleme führen zu den folgenden Nachteilen:

(i) Um eine Schädigung des bedeckenden Isolationsmaterials des Heizelements zu vermeiden, muß eine Asphalt-Mörtel-Zusammensetzung, welche frei von gebrochenen Steinen ist, verwendet werden anstelle von einer Asphalt-Beton-

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Zusammensetzung, welche eine Mischung aus Asphalt und gebrochenen Steinen ist. Andererseits jedoch ist die Festigkeit einer Straßenoberfläche, die mit einer Asphalt-Mörtel- Zusammensetzung belegt ist, geringer als im Falle der Belegung mit einer Asphalt-Beton-Zusammensetzung.

(ii) Wenn eine Asphalt-Mörtel-Zusammensetzung verwendet wird, muß die Belegung des Straßenbettes durchgeführt werden, nachdem die Asphalt-Mörtel-Zusammensetzung auf ca. 120° C abkühlen konnte. Dies ist zeitaufwendig. Ferner ist es schwierig, wenn die ausgebrachte Asphalt-Mörtel-Zusammensetzung mittels einer Walze bei relativ niedrigen Temperaturen gepreßt und geglättet wird, um das belegte Straßenbett in einem gewünschten Ausmaß zu festigen.

(iii) Eine beachtlich lange Zeit wird zum Pressen und Glätten der auf dem Straßenbett ausgebrachten Asphalt-Mörtel-Zusammensetzung benötigt, da die Asphalt-Mörtel-Zusammensetzung bei einer relativ geringen Temperatur gewalzt wird. Damit ist die Gesamtzeit, die bis zur Beendigung der Straßenbelegung benötigt wird und die von dem Kühlen der heißen Asphalt-Mörtel-Zusammensetzung bis zur Vollendung des Walzens und Glättens der ausgebrachten Asphalt-Mörtel-Zusammensetzung reicht, sehr lang.

Aufgabe der vorliegenden Neuerung ist es, die Probleme mit den herkömmlichen Straßenheizvorrichtungen zu vermeiden und eine Straßenheizvorrichtung zu schaffen, welche eine ausgezeichnete thermische Widerstandsfähigkeit aufweist. Aufgrund der hohen thermischen Widerstandsfähigkeit kann, wenn das Straßenbett nach dem Auslegen der Straßenheizvorrichtung belegt wird, jede Art von Asphaltzusammensetzung und jedes Straßenbelegungsverfahren verwendet werden. Eine Asphalt-Beton-Zusammensetzung mit hoher Temperatur kann, wie sie ist, verwendet werden, und deshalb kann die Straßenbelegung innerhalb einer kurzen Zeit abge-

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schlossen werden und die Straßenbelagoberfläche hat eine hohe Festigkeit.

Neuerungsgemäß ist eine Straßenhei&zgr;vorrichtung vorgesehen, welche ein lineares Heizelement und eine Textilstruktur umfaßt, welche das lineare Heizelement vollumfänglich bedeckt. Die Straßenhei&zgr;vorrichtung weist eine Dehnstreckgrenze (compressive yield load (Lc)) von mindestens 1000 kg auf. Die textile Struktur ist aus einer thermoplastischen synthetischen Faser mit einem Schmelzpunkt von mindestens 200° C und einem Einzelfasertiter von mindestens 1100 dtex (1000 Denier) hergestellt.

Die textile Struktur liegt vorzugsweise als Litze vor bzw. bildet eine Umklöppelung und ist aus einem thermoplastischen synthetischen Fasermaterial hergestellt, welches vorzugsweise ein Polyestermonofilament ist. Vorzugsweise wird eine Schicht, welche aus einem elektrisch nicht-leitenden, flexiblen Material besteht, zwischen dem linearen Heizelement und der Textilstruktur ausgebildet.

Die Straßenhei&zgr;vorrichtung der vorliegenden Neuerung wird im folgenden anhand der Zeichnung noch näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der neuerungsgemäßen Straßenheizvorrichtung. Diese Heizvorrichtung 3 besteht aus einer den Umfang eines linearen Heizelements 1 bedeckenden Umklöppelung oder Litze 2, welche aus Polyestermonofilamenten mit einer Einzelfaserfeinheit von mindestens 1100 dtex hergestellt ist.

Das lineare Heizelement 1 befähigt die Straßenheizvorrichtung 3, in jeder beliebigen Konfiguration ausgelegt oder verlegt zu werden, wenn es in die Straße eingebettet werden soll. Das Material und die Struktur des linearen Heizelementes 1 sind beliebig auswählbar, vorausgesetzt, es ist in der Lage, Wärme zu erzeugen. Als lineares Heizelement kann beispielsweise ein Nichrom-Draht-Heizelement, ein Kohleheizelement und ein flexibles, wärmeerzeugendes, gemischt gesponnenes Garn dienen, wel-

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ches zu 20 bis 80 Gew. % aus Edelstahlfasern mit einer begrenzten Länge und zu 80 bis 20 Gew. % aus wärmebeständigen, elektrisch nicht-leitenden Fasern hergestellt ist und welches in der Lage ist, Wärme zu erzeugen aufgrund des Kontaktwiderstandes unter den Edelstahlfasern, wenn ein elektrischer Strom fließt. Von diesen linearen Heizelementen wird das flexible, wärmeerzeugende in Mischung gesponnene Garn bevorzugt.

Das flexible, wärmeerzeugende gesponnene Garn kann beispielsweise (1) in Form einer Umklöppelung oder einer Litze, eines gewobenen oder gewirkten Textils oder einer anderen textlien Struktur verwendet werden, welche aus dem flexiblen wärmeerzeugenden gesponnenen Garn alleine oder aus einer Kombination des flexiblen wärmeerzeugenden gesponnenen Garns mit einem flexiblen, wärmebeständigen elektrisch nicht-leitenden Garn hergestellt ist, weichletzteres aus wärmebeständigen Fasern, wie z.B. Polyester- oder Polyamidfasern, zusammengesetzt ist, und welche am Umfang eines kontinuierlichen, flexiblen Kernmaterials, wie z.B. wärmebeständigem Kautschuk, z.B. ein Chloroprenkautschuk oder ein Ethylen-Propylen-Kautschuk, oder ein thermoplastisches Harz, z.B. Polyvinylchlorid, Polyethylen oder Polypropylen, gebildet wird oder (2) in Form eines einzelnen, flexiblen wärmebeständigen gesponnenen Garns oder einem parallelen Garn aus zwei oder mehreren flexiblen wärmebeständigen gesponnenen Garnen verwendet werden. Diese Formen des flexiblen, wärmeerzeugenden gesponnenen Garns sind in Figur 1 nicht gezeigt.

Das kontinuierliche, flexible Kernmaterial, das gemäß Alternative (1) verwendet wird, kann ein Additiv eingeschlossen enthalten, wie z.B. flammhemmende Mittel, Modifizierer, Lichtstabilisatoren, wärmeerzeugende Mittel oder einen Entwickler von Strahlen im fernen Infrarot. Die Gestalt des Querschnitts des kontinuierlichen, flexiblen Kernmaterials, das in der Alternative (1) verwendet wird, ist nicht auf eine besondere Form beschränkt und kann z.B. kreisförmig, polygonal, elliptisch oder hohl sein.

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Unter Bezugnahme auf Figur 1 hat die textile Struktur 2, wie z.B. eine Umklöppelung, die den Umfang des linearen Heizelementes 1 bedeckt, einen Schmelzpunkt von mindestens 200° C und eine Einzelfaserfeinheit von mindestens 1100 dtex (1000 Denier). Falls der Schmelzpunkt niedriger als 200° C ist, kann die Textilstruktur 2 Schaden nehmen, wenn das Straßenbett mit einer geschmolzenen Asphaltzusammensetzung ausgebracht wird, und damit wird die Textilstruktur nicht mehr in der Lage sein, das lineare Heizelement 1 zu schützen. Falls die Faser eine Einzelfaserfeinheit < 1100 dtex (1000 Denier) aufweist, ist die Druckstreckgrenze (Lc) der Straßenheizvorrichtung klein. Wenn jedoch die Faser einen zu großen Einzelfasertiter hat, werden die Handhabungseigenschaften schlecht, und deshalb werden Fasern mit einem Einzelfasertiter, der nicht größer als ca. 5500 dtex (5000 Denier) ist, bevorzugt. Als spezifische Beispiele der thermoplastischen synthetischen Faser können die Polyesterfaser, die Polyamidfaser und die Polyether-Sulfon-Faser genannt werden. Insbesondere Polyestermonofilamente sind bevorzugt.

Die Textilstruktur 2 bedeckt den Umfang, d.h. die Außenseite des linearen Heizelementes 1 in einer Art, daß die thermoplastischen synthetischen Fasern, wie z.B. Monofilamente, schraubenförmig oder zylindrisch kontinuierlich ohne Unterbrechung in Form, z.B. als Litze bzw. Umklöppelung, eines gewobenen oder gestrickten Textils oder dergleichen auf dem gesamten Umfang bzw. der gesamten Umfangsflache des linearen Heizelements 1 aufgebracht, insbesondere gewirkt, sind.

Um die elektrische Isolierung des linearen Heizelements 1 und dessen Schutz sicherzustellen, wird eine flexible, elektrisch nicht-leitende Schicht vorzugsweise zwischen dem linearen Heizelement 1 und der Textilstruktur 2 (die flexible, elektrisch nicht-leitende Schicht ist in Figur 1 nicht gezeigt) ausgebildet. Die flexible, elektrisch nicht-leitende Schicht ist aus einem flexiblen, elektrisch nicht-leitenden thermoplastischen Harz oder einem Kautschuk-Material hergestellt.

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Wenn das lineare Heizelement beispielsweise ein Nichrom-Draht-Heizelement, ein Kohlenstoffheizelement oder ein flexibles wärmeerzeugendes gemischt-gesponnenes Garn ist, welches aus Edelstahlfasern und wärmebeständigen elektrisch nicht-leitenden Fasern zusammengesetzt ist und in Form einer Litze vorliegt, wird die elektrisch nicht-leitende Schicht auf dem Umfang des linearen Heizelements ausgebildet. In Fällen, in denen das lineare Heizelement beispielsweise ein einzelnes, flexibles wärmeerzeugendes gesponnenes Garn oder ein paralleles Garn, welches aus zwei oder mehreren der flexiblen wärmeerzeugenden gesponnenen Garne zusammengesetzt ist, ist, wird das lineare Heizelement mit der elektrisch nicht-leitenden Schicht bedeckt, so daß das lineare Heizelement darin eingebettet ist.

Die Straßenheizvorrichtung der vorliegenden Neuerung muß eine Druckstreckgrenze (compressive yield load (Lc)) von mindestens 1000 kg aufweisen. Mit dem Begriff "Druckstreckgrenze" (Lc) wird hier eine minimale Last verstanden, bei der eine Schädigung der Straßenheizvorrichtung beginnt, wenn Druckkraft auf die Heizvorrichtung ausgeübt wird, so daß sie in radialer Richtung verformt wird. Je größer die Druckstreckgrenze (Lc) ist, desto größer ist die Widerstandsfähigkeit der Heizvorrichtung gegenüber Druckkräften. Wenn jedoch die Druckstreckgrenze (Lc) zu groß ist, wird die Flexibilität der Straßenheizvorrichtung möglicherweise verloren. Deshalb sollte die Druckstreckgrenze (Lc) vorzugsweise nicht größer als ca. 2000 kg sein.

Die Installation der Straßenheizvorrichtung gemäß der vorliegenden Neuerung zum Beheizen von Straßen kann dadurch bewerkstelligt werden, daß die Heizvorrichtung in jeder beliebigen Konfiguration auf ein Betonstraßenbett im Boden ausgelegt und das mit der Heizvorrichtung versehene Straßenbett mit einer Asphalt-Beton-Zusammensetzung beschichtet wird. Deshalb kann eine hohe Straßenfestigkeit erzielt werden. Wenn das Straßenbett mit einem Belag versehen wird, kann die Asphalt-Beton-Zusammensetzung auf einer Temperatur von 180° C bis 190° C gehalten, und nachdem sie auf dem Straßenbett ausgebracht ist,

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mit einer Walze eingeebnet werden und mit einer Makadam-Walze oder einer Reifenwalze gepreßt und geglättet werden. Somit kann die Festigkeit der Straßenoberfläche verbessert werden, verglichen mit der Festigkeit, die mit konventionellen Straßenheizvorrichtungen erzielbar ist.

Das heißt, wenn die Umfangsflache der neuerungsgemäßen Straßenheizvorrichtung mit einem wärmebeständigen, textlien Material bedeckt ist, kann das Straßenbett, bei dem die Straßenheizvorrichtung ausgelegt ist, mit einer Asphalt-Beton-Zusammensetzung, welche auf einer hohen Temperatur gehalten wird, ohne Kühlung beschichtet werden. Ferner wird die Straßenheizvorrichtung beim Walzen, z.B. mit einer Reifenwalze, weder zerstört noch beschädigt, da die Straßenheizvorrichtung der vorliegenden Neuerung eine hohe Druckstreckgrenze aufweist. Diese Vorteile führen zu einer Verbesserung der Festigkeit der Straßenoberfläche.

Die Straßenheizvorrichtung der vorliegenden Neuerung wird nun im folgenden anhand der Beispiele näher beschrieben.

In den Beispielen wird die Druckstreckgrenze (Lc) wie folgt bestimmt. Eine zu prüfende Probe der Heizvorrichtung mit einer Länge von 2 cm wurde bei einer Temperatur von 65° C während 60 Minuten unter trockenen Wärmebedingungen wärmebehandelt. Eine Druckkraft wurde auf die wärmebehandelte Probe ausgeübt, so daß die Probe in radialer Richtung verformt wird, unter Verwendung eines Tensilon-Zugdruck-Prüfgeräts. Die Minimalkraft (Lc), bei welcher eine Schädigung der Straßenheizvorrichtung begann, wurde bei Raumtemperatur gemessen, d.h. bei 25° C.

Beispiel 1

5000 kontinuierliche Filamente aus Copoly-p-Phenylen-3,4'-oxydiphenylen-terephthalamid und mit einer Einzelfilamentfeinheit von 1,7 dtex (1,5 Denier) (unter dem Warenzeichen "Technora" von Teijin Limited vertrieben) wurden mit 900 konti

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nuierlichen Filamenten aus Edelstahl kombiniert, welche einen Einzelfilamentdurchmesser von 12 &mgr;&pgr;&igr; aufwiesen. Ein Bündel dieser kombinierten Filamente wurde zwischen Speisewalzen und Streckwalzen gestreckt, welche in einem Abstand von 1000 mm von den Speisewalzen angeordnet waren und welche mit der 30fachen Umfangsgeschwindigkeit der Speisewalzen gedreht wurden, wodurch mindestens die kontinuierlichen Edelstahlfilamente auf kurze Längen streckgebrochen oder -geschnitten wurden. Dann wurden die Bündel der kombinierten Fasern durch eine Luftverwirbelungsdüse geleitet, in der komprimierte Luft mit einem Druck von 3 kg/cm^¹ umgewälzt wurde, wodurch den Fasern gute Bündelungseigenschaften mitgegeben wurden, um ein gemischtes gesponnenes Garn zu erhalten, welches aus Fasern mit einer durchschnittlichen Länge von ca. 310 mm erhalten wurde und einem Gehalt von 50 Gew. % an Edelstahlfasern.

Eine erste Zwirnung von (Z) 500 T/m wurde dem gemischten gesponnenen Garn aufgezwungen, und das gezwirnte gemischtgesponnene Garn wurde in eine Litze oder eine Umklöppelung um ein säulenartiges wärmebeständiges Polyvinylchlorid-Kernmaterial mit einem kreisförmigen Querschnitt mit einem Durchmesser von 4 mm herstellt/appliziert. Insbesondere werden, wenn zwei der gezwirnten, gemischten und gesponnenen Garne auf einen Wickel gespeist werden und zwei der gezwirnten gemischten und gesponnenen Garne auf einen anderen Wickel, der in entgegengesetzter Richtung dreht, gespeist werden, eine Umklöppelung aus den vier Garnen am Umfang des säulenartigen, wärmebeständigen Polyvinylchlorid-Kernmaterial hergestellt. Das so erhaltene zusammengesetzte Heizelement wurde mit einer Röhre aus wärmebeständigem Polyvinylchlorid bedeckt, um ein lineares Heizelement mit einem äußeren Durchmesser von 8,5 mm zu bilden.

Dann wurden 24 Polyestermonofilamente mit einem Einzelfilamenttiter von 2530 dtex (2300 Denier) auf einen Wickel gespeist, und 24 Polyestermonofilamente mit einer Einzelfilamentfeinheit von 2530 dtex (2300 Denier) wurden auf einen anderen Wickel, der in entgegengesetzter Richtung drehte, gespeist, eine Litze

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bzw. eine Umklöppelung aus den Polyesterraonofi1araenten auf den Umfang des obenerwähnten linearen Heizelementes geklöppelt, wobei damit die Straßenheizvorrichtung erhalten wurde.

Diese Straßenheizvorrichtung hatte eine Druckstreckgrenze (Lc) von 2350 kg.

Die Straßenheizvorrichtung wurde parallel in einer Rechteckfläche mit einer Länge von 10 m und einer Breite von 2 m auf dem Straßenbett in dem Untergrund verlegt, so daß die Leistung 250 Watt/m^ betrug. Das mit der Heizvorrichtung belegte Straßenbett wurde mit einer Asphalt-Beton-Zusammensetzung, die auf 190° C gehalten wurde, in einer Dicke von 8 cm belegt, und dann wurde die asphalt-beton-belegte Oberfläche mit einer Walze verdichtet und geglättet. Die Straßenheizvorrichtung wurde während der Belagsarbeiten weder zerstört noch beschädigt. Die Zeit, die benötigt wurde, um die Belagsarbeiten zu beenden (das bedeutet die Zeitspanne vom Beginn der Belagsaufbringung auf das mit einer Heizvorrichtung belegte Straßenbett mit der Asphaltzusammensetzung bis zur Beendigung des Verdichtens und Glättens mit einer Walze), betrug 18 Minuten.

Beispiel 2

Eine Straßenheizvorrichtung wurde mit demselben Verfahren, wie in Beispiel 1 beschrieben, hergestellt und in einer Straße installiert, außer daß 24 Garne in paralleler Form, wovon jedes aus drei Polyestermonofilamenten mit einer Einzelfilamentfeinheit von 1100 Denier zusammengesetzt war, anstelle der 24 Polyestermonof ilamente mit einer Einzelfilamentfeinheit von 2530 dtex für die Herstellung der Litze bzw. der Umklöppelung des linearen Heizelementes verwendet wurden.

Die erhaltene Straßenheizvorrichtung hatte eine Druckstreckgrenze (Lc) von 1480 kg. Der Zeitbedarf für die Herstellung des Straßenbelages betrug 19 Minuten.

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Vergleichsbeispiel 1

Eine Heizvorrichtung wurde mit demselben Verfahren, wie in Beispiel 1 beschrieben, hergestellt, außer daß die Herstellung der Umklöppelung aus Polyestermonofilamentgarn nicht durchgeführt wurde. Die erhaltene Straßenheizvorrichtung hatte eine Druckstreckgrenze von 750 kg. Wenn die Straßenheizvorrichtung auf das Straßenbett in die Erde ausgelegt wurde und das mit der Heizvorrichtung belegte Straßenbett mit einer Asphalt-Beton-Zusammensetzung in ähnlicher Weise, wie in Beispiel 1 belegt wurde, wurde die Heizvorrichtung beschädigt und die elektrischen Isoliereigenschaften waren beeinträchtigt. Damit war die Heizvorrichtung als Straßenheizvorrichtung praktisch nicht verwendbar .

Vergleichsbeispiel 2

Dieselbe Heizvorrichtung, wie sie in Vergleichsbeispiel 1 hergestellt wurde, wurde auf ein Straßenbett in der Erde ausgelegt, und das mit der Heizvorrichtung belegte Straßenbett wurde mit einer Asphalt-Mörtel-Zusammensetzung, welche auf 190° C gehalten wurde, belegt. Nachdem die ausgebrachte Asphalt-Mörtel-Zusammensetzung auf 120° C abgekühlt war, wurde die mit der Asphalt-Mörtel-Zusammensetzung belegte Oberfläche manuell mit einer Walze verdichtet und geglättet. Der Zeitbedarf für die Beendigung der Belagsarbeiten betrug 65 Minuten.

Wie durch die Beispiele und Vergleichsbeispiele untermauert, kann im Falle, daß die Straßenheizvorrichtung der neuerungsgemäßen Art verwendet wird, eine Asphalt-Beton-Zusammensetzung, die bei einer hohen Temperatur gehalten wird, auf das mit der Heizvorrichtung belegte Straßenbett, wie sie ist, bei der hohen Temperatur ausgetragen und verteilt werden und ferner kann die verteilte Asphalt-Beton-Zusammensetzung, wie die Zusammensetzung ist, mit einer Walze bei einer hohen Temperatur verdichtet und geglättet werden. Deshalb ist die Festigkeit der Straße höher als die, die man bei Verwendung von herkömmlichen Straßen-

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heizvorrichtungen erzielen kann. Ferner kann die Belagsarbeit bei einem mit einer Straßenheizung ausgestatteten Straßenbett mit einer Asphalt-Beton-Zusammensetzung innerhalb einer kurzen Zeit vervollständigt werden.

Claims

ANSPRÜCHE

1. Straßenheizvorrichtung (3), umfassend ein lineares Heizelement (1) und eine den gesamten Umfang des linearen Heizelements (1) bedeckende textile Struktur (2), wobei die Straßenheizvorrichtung (3) eine Druckstreckgrenze (Lc) von mindestens 1000 kg aufweist und wobei die textile Struktur (2) aus einer thermoplastischen synthetischen Faser mit einem Schmelzpunkt von mindestens 200° C und einem Einzelfasertiter von mindestens 1100 dtex (1000 Denier) hergestellt ist.

2. Straßenheizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die thermoplastische synthetische Faser ein Polyestermonofilament ist.

3. Straßenheizvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die textile Struktur eine Umklöppelung ist.

4. Straßenheizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das lineare Heizelement (1) ein flexibles, wärmeerzeugendes, gemischtes, gesponnenes Garn ist, welches aus 20 bis 80 Gew. % aus Edelstahlfasern mit begrenzter Länge und 80 bis 20 Gew. % aus wärmebeständigen, elektrisch nicht-leitenden Fasern zusammengesetzt ist und welches in der Lage ist, aufgrund des Kontaktwiderstandes der Edelstahlfasern untereinander Wärme zu erzeugen, wenn ein elektrischer Strom fließt.

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5- Straßenheizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine flexible, elektrisch nicht-leitende Schicht zwischen dem linearen Heizelement 1 und der textlien Struktur (2) gebildet ist.