EP1601234A2 - Vereisungsfrei haltbare Mittel zum Führen von Medien - Google Patents

Vereisungsfrei haltbare Mittel zum Führen von Medien Download PDF

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EP1601234A2
EP1601234A2 EP20050010175 EP05010175A EP1601234A2 EP 1601234 A2 EP1601234 A2 EP 1601234A2 EP 20050010175 EP20050010175 EP 20050010175 EP 05010175 A EP05010175 A EP 05010175A EP 1601234 A2 EP1601234 A2 EP 1601234A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heating
layer
icing
base layer
radiation
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP20050010175
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Mostafa Dr. Kamal
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Individual
Original Assignee
Individual
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Publication of EP1601234A2 publication Critical patent/EP1601234A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/40—Heating elements having the shape of rods or tubes
    • H05B3/42—Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible
    • H05B3/48—Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible heating conductor embedded in insulating material
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/40—Heating elements having the shape of rods or tubes
    • H05B3/42—Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible
    • H05B3/46—Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible heating conductor mounted on insulating base

Definitions

  • the invention relates to icing-free durable means for guiding media According to the preamble of claim 1, numerous embodiments of icing-resistant compositions according to the invention and a process for the preparation a heating element for the formation of icing-free durable agents.
  • Ice-free public sidewalks by the laying of electric heating wires underneath the concrete surfaces of individual sidewalk tiles to be laid are known, for example, from US Pat . No. 3,626,149 .
  • the idea was later taken up by DE 28 33 025 A1 , which proposes a component with a trough-like upper part, a heating foil inserted in this trough-like upper part and a rigid foam layer which backfils the heating foil.
  • terrace plates and steps for their ice-free design have been disclosed.
  • the aim of the invention is therefore to make appropriate means available to the public with which technical equipment even in adverse weather conditions continue to use.
  • the means comprise icing-free can be used, a surface made of thermally conductive material, is positioned below the immediately adjacent a heating element, said heating element a radiation layer made of cast thermally conductive material, Heating means, in particular electrical heating means such as electrical, for example meandering laid heating cables or electric heating foils, as well as one out Cast existing thermal insulating material existing base layer contains.
  • the Heating means are sheathed by the base layer and the radiation layer.
  • This is manufactured under the user surface to be positioned Heating element in which in a suitable mold as a negative mold of the to be created Heating element first, the pourable prepared material for the radiation layer is entered in such a predosed or predetermined amount that the Layer thickness of the radiation layer to be formed is on the one hand as low as possible, to achieve the desired heat-conducting properties, but on the other hand thick enough to provide the necessary physical capacity for later Use of the heating element and - if required - the required electrical To ensure insulation.
  • the heating means On the liquid level of the not yet dried material for the Radiation layer are now laid the heating means in the desired manner and embedded. In this way it is ensured that the heating means free of air with the material for the radiation layer in contact.
  • the pourable prepared material for the base layer in a pre-dosed or predetermined amount in the mold, so that a Air-tight jacket of the heating means with the material for the radiation layer and ensured for the base layer. It becomes so clear that at least a layer of radiation and base layer is cast on the heating means is. As a result, such a one-piece heating element of radiation and base layer possible with heating means enveloped by these layers.
  • a flexible stamp becomes, for example made of foam or rubber on the liquid level of the last trained layer of high pressure applied to the materials for the radiation layer and / or for the base layer and optionally resulting To squeeze out bubbles.
  • the heating element Before the final demolding of the then finished heating element is at least partially drying and / or curing. After removal from the mold, the heating elements are finally dried if necessary and / or -hardened.
  • the thermal conductivity ⁇ in this context is a measure of the heat that flows per second through a layer with the area of 1 cm 2 and the thickness of 1 cm, when there is a temperature difference of 1 K between the two sides of the layer.
  • the heating element it is advantageous to design the heating element such that the radiation layer has a much smaller layer thickness than the base layer.
  • the layer thickness of the radiation layer applies especially if they are less than a quarter of the layer thickness the base layer. It has been shown that excellent properties of the heating element are observed especially when the radiation layer a layer thickness in a range of 2 mm to 10 mm and preferred in a range of 2 mm to 5 mm and the base layer has a layer thickness in one Range of 7 mm to 40 mm and preferably in a range of 15 mm to 25 mm has.
  • the radiation layer has a higher specific mass than the base layer, wherein for the radiation layer, a specific mass in a range of 1 to 2.5 g / cm 3 and for the base layer has a specific mass in a range of 0.03 to 1 g / cm 3 and especially from 0.3 to 0.9 g / cm 3 has proven.
  • These different specific masses of radiation and base layer can be realized primarily by the use of different fillers with different amounts added.
  • Suitable binders for the radiation as well as for the base layer are one or more representatives of the following reaction resin binders, such as, for example, epoxy, polyurethane, phoran, acrylate, polyester, phenolic resin.
  • heating means are available for the heating elements according to the invention electrical Heating foils or electric heating cables, with both the heating foils as also the heating cables with connection means, for example in the form of sockets for Electricity supply from the public supply network or one upstream transformer are provided. Very good test results could while with the heating means applied supply voltages of 110 and 220 V (AC) and 12, 24 and 40 V (DC) are made. If heating cables are used, these are preferably meander-shaped between Radiation and base layer laid. By the preferred electrically insulating Properties of the material at least for the radiation layer, the Heating cables - if necessary and sufficient thickness of the radiation layer - also without the usual heating cable insulation by PVC, Teflon, silicone or similar be used.
  • heating elements Because of the highest possible thermal conductivity of the radiation layer on the one hand and the highest possible thermal insulation capacity of the base layer on the other hand have the below the user surface to be positioned heating elements one exceptionally high efficiency, because the heat energy is almost complete is delivered to the surface of use via the radiation layer while the heat loss through the base layer is minimal.
  • comparative studies was able to de-icing a ramp of a RoRo ferry on the one hand conventional convection heating systems and on the other hand with the proposed Heating elements are found to reduce energy consumption by 60%. It is possible to provide the heating elements with thermostats, which depend on from reaching a preset surface temperature of the usage surface regulate the energy supply to the heating elements.
  • the icing-free means of keeping media are in one first embodiment as piping for guiding fluids, in particular for guiding water, designed.
  • the user interface abut the outer skin of metallic or plastic pipes to the conventionally laid pipes kept ice-free.
  • the user surface itself as the inner surface of a pipe, through which a liquid can be passed, whereby the user surface of the proposed icing-free agent in direct contact with the liquid stands.
  • the heating means are for example in the form of electrical lines in the form of loops, helical or meandering around the, the surface of use sheathing Radiation layer laid. Completed to the outside is the icing-free Tube through the base layer.
  • Several pipes can be connected by suitable connectors, with which also the electrical contact of the associated electrical Heating medium is accomplished, are stuck together.
  • icing-free durable means for Driving media are ramps, especially those of RoRo ferries, via the vehicles into the interior of the ships can get or the ships too can leave again.
  • the heating means can passable through the radiation layers the travel paths even if the strongest freezing rain hits the ramps.
  • Anlenkkomponenten for the ramps by means of Heating medium protected against icing are also also the Anlenkkomponenten for the ramps by means of Heating medium protected against icing.
  • icing-free durable means for Leading media are icing-free switches for rail traffic.
  • the heating elements are designed so that they between the sleepers, where appropriate fitted without contact directly below the tracks in the ballast bed can be, with the radiation layer oriented in the direction of the tracks is. Even iced points can be put back into operation after a very short time, after the means according to the invention, more precisely the associated heating means, in In this case, the mobility of the switch blades within their bearings of Rail turnouts are to be guaranteed.
  • the first embodiment is the icing-free agent for guiding media a pipe (12) shown in this form for Guiding liquids, such as water, is suitable.
  • the exterior of the Pipe (12) is formed by the base layer (5) designed as a supporting element formed in the inner wall, the helically inserted electrical heating cables (3) are provided.
  • the radiation layer (2) Towards the interior of the pipeline (12) blends to the electrical heating cables (3) the radiation layer (2), to the immediate adjacent the utilization layer with the utilization of the inner wall of the pipe (15) adjoins.
  • the electric heating cables (3) also in this Embodiment variant can be provided without insulation sheath are Base and radiation layer (5, 2) made of electrically insulating material.
  • the material for the base layer (5) is castable to be prepared, heat-insulating mixture based on polyester resin, in the inorganic Fillers are involved.
  • the radiation layer (2) and the utilization layer with their final boundary surface as a user interface (15) are made of thermally conductive material; here in both cases on epoxy resin basis.
  • the ends of the pipes (12) are - not shown - electrical Provided connecting elements, which are connected to the electric heating cables (3) are and with which two pipes (12), non-positively and the electrical Heating cables (3) of two pipes (12) electrically interconnecting, releasable and can be plugged sealingly together.
  • Figure 2a is an entry (7) in a ship's bottom (6) - a so-called Tortoise - as another embodiment of the icing resistant Means for guiding media presented.
  • the submission (7) covers in this case four strangely diverging, tapered fingers with a central opening.
  • Figure 2b shows a section of the entry (7) along the line A-A Figure 2a as a vertical section through a finger of the entry (7). According to this Sectional view extends the entry (7) between two opposing projecting noses (8), below which the inlet (7) cavernous widened.
  • the lower floor of the entry (7) and, where appropriate, here too Still parts of the side wall are proposed by the user surface (15) of the proposed Lined free icing agent.
  • the radiation layer (2) the heating means here in the form of an electric heating foil (4) and the base layer (5).
  • the base layer (5) consists of heat-insulating material for thermal Decoupling of the heating means (4) from the rest of the ship's bottom.
  • the metal-loaded, with Inserted ends (9) of securing ropes / chains are provided in an end head then to the shots at the end of the tapering fingers of the insertion (7) can be performed.
  • FIG. 3 a shows a rail track (13) of a railway turntable (not shown), wherein the track rope (13) is mounted on sleepers (14) between which at least one heating element (1) is provided.
  • Figure 3b is the Heating element (1) with in the direction of the Gleisstrangs (13) oriented radiation layer (2), the heating means here in the form of electric heating cables (3) and the Heating element (1) carrying base layer (5) immediately adjacent below the Rail track (13) positioned, wherein the surface of the rail track (13) the user surface (15) the proposed freeze-free management tool from media - this is the track taken within its bearings (13) a switch blades or the wheels of a car or a locomotive leading strand (13) of a switch - represents.
  • Figure 3b are also the Temperature lines with which a thawing of an already iced railroad is possible.
  • FIG. 4 shows a casting mold (10) for producing one below the usage surface (15) to be positioned heating element (1).
  • the mold (10) are in this order first the material for the radiation layer (2), the Heating means here in the form of electric heating cables (3) together with the not shown jacks for later connection of the heating cables (3) to electrical Supply lines, and finally filled the material for the base layer (5) Service.
  • a punch (11) is shown in the direction the illustrated arrow flush fitting in the mold (10) is designed insertable.

Landscapes

  • Resistance Heating (AREA)

Abstract

Vorgeschlagen werden vereisungsfrei haltbare Mittel zum Führen von Medien mit einer aus wärmeleitendem Material bestehende Nutzungsoberfläche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel ferner umfassen: eine aus gegossenem wärmeleitendem Material bestehende Strahlungsschicht, auf deren erste Seite die Nutzungsoberfläche unmittelbar benachbart gelegen ist, Heizmittel zur Erwärmung der Strahlungsschicht, auf deren zweite Seite, gegenüberliegend ihrer ersten Seite, die Heizmittel unmittelbar benachbart gelegen sind, eine aus gegossenem wärmedämmendem Material bestehende Basisschicht, die zusammen mit der Strahlungsschicht die Heizmittel ummantelt, wobei mindestens eine Schicht aus Strahlungs- und Basisschicht an die Heizmittel angegossen ist. Es werden zahlreiche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen vereisungsfrei haltbaren Mittel, Möglichkeiten ihrer Verwendung sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Heizelements zur Ausbildung von vereisungsfrei haltbaren Mitteln offenbart. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft vereisungsfrei haltbare Mittel zum Führen von Medien gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, zahlreiche Ausführungsformen der erfindungsgemäßen vereisungsfrei haltbaren Mittel sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Heizelements zur Ausbildung von vereisungsfrei haltbaren Mitteln.
Die Behinderung des öffentlichen Lebens durch Vereisung technisch genutzter Einrichtungen insbesondere in den nördlichen Regionen von Europa, den USA und Kanada sowie von Russland in den kalten Wintermonaten führt jährlich zu hohen Sachschäden sowie zu Ausfall und/oder Verspätungen von öffentlichen Verkehrsmitteln und somit zusammengefasst zu großen finanziellen Verlusten, weil es an einfachen, wirkungsvollen Systemen zur Enteisung solcher Einrichtungen fehlt.
Zwar ist beispielsweise die Enteisung der Flügel insbesondere in ihrem vorderen Bereich von Flugzeugen durch das Aufspritzen entsprechender Flüssigkeiten bekannt, jedoch ist ein solches Vorgehen uneffektiv, personal- und zeitintensiv. Nichtsdestotrotz wird ein solches Vorgehen auch beim Enteisen von Schifffahrtsrampen mangels effektiver Alternativen häufig angewandt.
Eisfreie öffentliche Gehwege durch die Verlegung von elektrischen Heizdrähten unterhalb der Betonoberflächen einzeln zu verlegender Gehwegplatten sind beispielsweise aus der US-A-3,626,149 bekannt. Die Idee wurde später aufgegriffen durch die DE 28 33 025 A 1, die ein Bauelement vorschlägt mit einem wannenartig ausgebildeten Oberteil, einer in dieses wannenartige Oberteil eingelegten Heizfolie und einer die Heizfolie hinterfütternden Hartschaumschicht. Als mögliche Anwendungen des bekannten Bauelements wurden unter anderem Terrassenplatten und Treppenstufen zu deren eisfreien Ausgestaltung offenbart.
Der Erfinder erkannte, dass die bekannten Vorschläge in der Praxis oft deshalb nicht überzeugen konnten, da das öffentliche Leben weniger von eisfreien Gehwegen als von auch bei widrigen Wetterverhältnissen weiterhin zu nutzenden technischen Einrichtungen abhängig ist.
Ziel der Erfindung ist es daher, geeignete Mittel der Öffentlichkeit zur Verfügung zu stellen, mit denen technische Einrichtungen auch bei widrigen Wetterverhältnissen weiterhin zu nutzen sind.
Die Aufgabe wird durch vereisungsfrei haltbare Mittel zum Führen von Medien gelöst mit
  • einer aus wärmeleitendem Material bestehende Nutzungsoberfläche,
wobei diese Mittel ferner umfassen:
  • eine aus gegossenem wärmeleitendem Material bestehende Strahlungsschicht auf deren erste Seite die Nutzungsoberfläche unmittelbar benachbart gelegen ist,
  • Heizmittel zur Erwärmung der Strahlungsschicht, auf deren zweite Seite, gegenüberliegend ihrer ersten Seite, die Heizmittel unmittelbar benachbart gelegen sind,
  • eine aus gegossenem wärmedämmendem Material bestehende Basisschicht, die zusammen mit der Strahlungsschicht die Heizmittel ummantelt,
wobei mindestens eine Schicht aus Strahlungs- und Basisschicht an die Heizmittel angegossen ist.
Erfindungsgemäß umfassen somit die Mittel, die vereisungsfrei gehalten werden können, eine aus wärmeleitendem Material bestehende Nutzungsoberfläche, unter der unmittelbar benachbart ein Heizelement positioniert ist, wobei dieses Heizelement eine aus gegossenem wärmeleitendem Material bestehende Strahlungsschicht, Heizmittel, insbesondere elektrische Heizmittel wie elektrische, beispielsweise mäanderförmig verlegte Heizleitungen oder elektrische Heizfolien, sowie eine aus gegossenem wärmedämmendem Material bestehende Basisschicht enthält. Die Heizmittel werden durch die Basisschicht und die Strahlungsschicht ummantelt.
Hergestellt wird das unterhalb der Nutzungsoberfläche zu positionierende Heizelement, in dem in eine passende Gießform als Negativform des zu erstellenden Heizelements zunächst das gießfähig aufbereitete Material für die Strahlungsschicht in einer solch vordosierten bzw. vorbestimmten Menge eingegeben wird, dass die Schichtdicke der auszubildenden Strahlungsschicht einerseits möglichst gering ist, um die gewünschten wärmeleitenden Eigenschaften zu erzielen, andererseits aber dick genug ist, um die notwendige physikalische Belastbarkeit für den späteren Gebrauch des Heizelements und - sofern gewünscht - dir erforderliche elektrische Isolierung zu gewährleisten.
Auf den Flüssigkeitsspiegel des noch nicht getrockneten Materials für die Strahlungsschicht werden nun die Heizmittel in der gewünschten Art und Weise verlegt und eingebettet. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die Heizmittel lufteinschlussfrei mit dem Material für die Strahlungsschicht in Kontakt stehen.
Anschließend wird das gießfähig aufbereitete Material für die Basisschicht in einer vordosierten bzw. vorbestimmten Menge in die Gießform gegeben, so dass eine lufteinschlussfreie Ummantelung der Heizmittel mit dem Material für die Strahlungsschicht und für die Basisschicht sichergestellt ist. Es wird so deutlich, dass mindestens eine Schicht aus Strahlungs- und Basisschicht an die Heizmittel angegossen ist. Im Ergebnis ist so ein einstückiges Heizelement aus Strahlungs- und Basisschicht mit durch diesen Schichten ummantelten Heizmitteln möglich.
In einer bevorzugten Verfahrensergänzung wird ein flexibler Stempel beispielsweise aus Schaumstoff oder Gummi auf den Flüssigkeitsspiegel der zuletzt ausgebildeten Schicht mit hohem Druck aufgesetzt, um die Materialien für die Strahlungsschicht und/oder für die Basisschicht zu komprimieren und gegebenenfalls entstandene Luftblasen herauszupressen. Vor der abschließenden Entformung des dann fertig gestellten Heizelements erfolgt seine zumindest teilweise Trocknung und/oder Härtung. Nach der Entformung werden die Heizelemente ggf. endgetrocknet und/oder -gehärtet.
Als Alternative zu der vorstehend beschriebenen Herstellweise ist es genauso möglich, die Schichten in umgekehrter Reihenfolge in einer dahingehend geändert gestalteten Gießform auszubilden.
Bei dem Heizelement liegt das Verhältnis des Wärmedurchgangswiderstandes der Strahlungsschicht k(Strahlungsschicht) zum Wärmedurchgangswiderstand der Basisschicht k(Basisschicht), das ist k(strahlungsschicht):k(Basisschicht), idealerweise in einem Bereich von 1:10 bis 1:1000 und bevorzugt in einem Bereich von 1:20 bis 1:50, wobei der Wärmedurchgangswiderstand k jeweils definiert ist als Quotient aus jeweiliger Schichtdicke d und Schichtwärmeleitfähigkeit λ: k=d/λ. Die Wärmeleitfähigkeit λ ist in diesem Zusammenhang ein Maß für die Wärme, die je Sekunde durch eine Schicht mit der Fläche von 1 cm2 und der Dicke von 1 cm fließt, wenn zwischen den beiden Seiten der Schicht ein Temperaturunterschied von 1 K besteht.
Es ist vorteilhaft, das Heizelement so auszubilden, dass die Strahlungsschicht eine wesentlich geringere Schichtdicke als die Basisschicht aufweist. Als wesentlich geringer im Sinne der vorliegenden Schrift gilt die Schichtdicke der Strahlungsschicht insbesondere dann, wenn sie weniger als ein Viertel der Schichtdicke der Basisschicht ausmacht. Dabei hat es sich gezeigt, dass hervorragende Eigenschaften des Heizelements vor allem dann zu beobachten sind, wenn die Strahlungsschicht eine Schichtdicke in einem Bereich von 2 mm bis 10 mm und bevorzugt in einem Bereich von 2 mm bis 5 mm und die Basisschicht eine Schichtdicke in einem Bereich von 7 mm bis 40 mm und bevorzugt in einem Bereich von 15 mm bis 25 mm hat.
Bevorzugt weist die Strahlungsschicht eine höhere spezifische Masse als die Basisschicht auf, wobei sich für die Strahlungsschicht eine spezifische Masse in einem Bereich von 1 bis 2,5 g/cm3 und für die Basisschicht eine spezifische Masse in einem Bereich von 0,03 bis 1 g/cm3 und besonders von 0,3 bis 0,9 g/cm3 bewährt hat. Diese unterschiedlichen spezifischen Massen von Strahlungs- und Basisschicht lassen sich in erster Linie durch die Verwendung unterschiedlicher Füllstoffe mit unterschiedlichen Zugabemengen realisieren. Für die Basisschicht finden bevorzugt einer oder mehrere aufgeschäumte Füllstoffe wie Glasschaumkugeln, aufgeschäumter Ton und Leca® Verwendung, wobei es auch möglich ist, dass die Basisschicht vollständig aus einem aufgeschäumten Kunststoffmaterial besteht. Für die Strahlungsschicht ist es möglich, auf Füllstoffe ganz zu verzichten oder einen oder mehrere der folgenden Füllstoffe einzusetzen: Steinbruch, Steinmehl, Ton, Kaolin und bevorzugt wegen seiner Brand dämmenden Wirkung Trialuminiumhydrat. Als Bindemittel eignen sich für die Strahlungs- wie für die Basisschicht einer oder mehrere Vertreter aus den folgenden Reaktionsharzbindemitteln, wie z.B. Epoxyd-, Polyurethan-, Phoran-, Acrylat-, Polyester-, Phenolharz.
Als Heizmittel bieten sich für die erfindungsgemäßen Heizelemente elektrische Heizfolien oder elektrische Heizleitungen an, wobei sowohl die Heizfolien wie auch die Heizleitungen mit Anschlussmitteln beispielsweise in Form von Buchsen zur elektrischen Versorgung mit Strom aus dem öffentlichen Versorgungsnetz oder eines vorgeschalteten Transformators versehen sind. Sehr gute Testergebnisse konnten dabei mit an den Heizmitteln anliegenden Versorgungsspannungen von 110 und 220 V (Wechselspannung) sowie 12, 24 und 40 V (Gleichspannung) gemacht werden. Kommen Heizleitungen zum Einsatz, sind diese bevorzugt mäanderförmig zwischen Strahlungs- und Basisschicht verlegt. Durch die bevorzugten elektrisch isolierenden Eigenschaften des Materials mindestens für die Strahlungsschicht können die Heizleitungen - bei Bedarf und ausreichender Dicke der Strahlungsschicht - auch ohne die bisher üblichen Heizleitungsisolierungen durch PVC, Teflon, Silikon o.ä. verwendet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Heizelemente mit Komponenten zur Verbindung einer Mehrzahl von Heizelementen in flächiger Form versehen. Dieses ist insbesondere dann der Fall, wenn die Heizelemente in Mattenform miteinander verbunden sein sollen. Die Komponenten können dann beispielsweise in Form eines Gitters, Netzes, Gewebes, Vlieses oder einer Folie ausgebildet sein, wobei sie im Falle ihrer elektrischen Leitfähigkeit gleichzeitig als Heizmittel genutzt werden können. Auch ist es möglich, die Komponenten zur Verbindung einer Mehrzahl an Heizelementen
  • zumindest teilweise an den Seitenflächen der Strahlungsschicht und/oder der Basisschicht zu befestigen,
  • im Querschnitt der Strahlungsschicht und/oder der Basisschicht einzubetten,
  • als Verbindungsschicht auszubilden, die zwischen der Stralhlungsschicht und den Heizmitteln und/oder zwischen der Basisschicht und/oder den Heizmittel positioniert ist.
Wegen der möglichst hohen Wärmeleitfähigkeit der Strahlungsschicht einerseits und der möglichst hohen Wärmedämmfähigkeit der Basisschicht andererseits besitzen die unterhalb der Nutzungsoberfläche zu positionierende Heizelemente einen außergewöhnlich hohen Wirkungsgrad, weil die Wärmeenergie nahezu vollständig über die Strahlungsschicht an die Nutzungsoberfläche abgegeben wird, während der Wärmeverlust über die Basisschicht minimal ist. In Vergleichsuntersuchungen konnte bei der Enteisung einer Auffahrrampe einer RoRo-Fähre einerseits mittels konventioneller Konvektionsheizsysteme und andererseits mit den vorgeschlagenen Heizelementen eine Reduzierung des Energiebedarfs um 60 % festgestellt werden. Es ist dabei möglich, die Heizelemente mit Thermostaten zu versehen, welche in Abhängigkeit vom Erreichen einer voreinzustellenden Oberflächentemperatur der Nutzungsoberfläche die Energiezufuhr zu den Heizelementen regeln.
Die vereisungsfrei haltbaren Mittel zum Führen von Medien werden in einer ersten Ausführungsform als Rohrleitungen zum Führen von Flüssigkeiten, insbesondere zum Führen von Wasser, ausgestaltet. In diesem Fall kann die Nutzungsoberfläche an die Außenhaut von metallischen oder Kunststoffrohren anliegen, um die konventionell verlegten Rohre eisfrei zu halten. Insbesondere ist jedoch daran gedacht, die Nutzungsoberfläche selbst als Innenfläche eines Rohres auszugestalten, durch das eine Flüssigkeit geleitet werden kann, womit die Nutzungsoberfläche der vorgeschlagenen vereisungsfrei haltbaren Mittel im direkten Kontakt mit der Flüssigkeit steht. Die Heizmittel sind beispielsweise als elektrische Leitungen in Schlaufenform, schraubenartig oder mäanderformig um die, die Nutzungsoberfläche ummantelnde Strahlungsschicht verlegt. Nach außen abgeschlossen wird das vereisungsfreie Rohr durch die Basisschicht. Mehrere Rohre können durch passende Steckverbindungen, mit denen auch der elektrische Kontakt der zugehörigen elektrischen Heizmittel bewerkstelligt wird, aneinander gesteckt werden.
Eine weitere Ausführungsform für die vereisungsfrei haltbaren Mittel zum Führen von Medien sind Auffahrrampen, insbesondere solche von RoRo-Fähren, über die Fahrzeuge in das Innere der Schiffe gelangen können bzw. die Schiffe auch wieder verlassen können. Unterhalb der als Fahrtwege ausgeführten Nutzungsoberflächen können die Heizmittel über die Strahlungsschichten die Fahrtwege passierbar halten, selbst wenn stärkster Eisregen auf die Rampen niederfällt. In einer besonderen Variante sind auch die Anlenkkomponenten für die Rampen mittels der Heizmittel vor Vereisung geschützt.
Ebenfalls in den Bereich der kaufmännischen Schifffahrt fällt eine dritte Ausführungsform für die vereisungsfrei haltbaren Mittel zum Führen von Medien. Einlassungen in Schiffsböden (so genannte Schildkröten), wie sie beispielsweise.auf den Autodecks von RoRo-Fähren zur Sicherung von Fahrzeugen zu finden sind, werden mittels der Heizmittel, die unterhalb und die Einlassungen decksseitig umschließend vorgesehen sind, vereisungsfrei gehalten. Die Einlassungen dienen der Führung der Enden von Sicherungstauen und/oder Sicherungsketten hin zu Aufnahmen, wo diese Sicherungstaue /-ketten verankert werden. Dank der erfindungsgemäßen Mittel können im Hafen die Sicherungstaue und/oder Sicherungsketten auch problemlos wieder gelöst werden.
Eine weitere Ausführungsform für die vereisungsfrei haltbaren Mittel zum Führen von Medien sind vereisungsfreie Weichen für den Schienenverkehr. In diesem Fall werden die Heizelemente so gestaltet, dass sie zwischen die Schwellen gegebenenfalls berührungslos unmittelbar unterhalb der Gleise im Schotterbett eingepasst werden können, wobei die Strahlungsschicht in Richtung der Gleise orientiert ist. Selbst vereiste Weichen können so nach kürzester Zeit wieder in Betrieb gesetzt, nachdem die erfindungsgemäßen Mittel, genauer die zugehörigen Heizmittel, die in diesem Fall die Beweglichkeit der Weichenzungen innerhalb ihrer Lagerungen von Eisenbahnweichen garantieren sollen, eingeschaltet wurden.
Mit den folgenden Figuren erfindungsgemäßer Beispiele soll die Erfindung weitergehend veranschaulicht werden:
In Figur 1 ist als erste Ausführungsform der vereisungsfrei haltbaren Mittel zum Führen von Medien eine Rohrleitung (12) dargestellt, die in dieser Form zum Führen von Flüssigkeiten, beispielsweise von Wasser, geeignet ist. Das Äußere der Rohrleitung (12) wird durch die als tragendes Element ausgeführte Basisschicht (5) gebildet, in deren Innenwandung die schraubenartig eingefügten elektrischen Heizleitungen (3) vorgesehen sind. In Richtung des Inneren der Rohrleitung (12) fügt sich an die elektrischen Heizleitungen (3) die Strahlungsschicht (2), an die unmittelbar benachbart die Nutzungsschicht mit der die Rohrinnenwandung ausmachende Nutzungsoberfläche (15) angrenzt. Da die elektrischen Heizleitungen (3) auch in dieser Ausführungsvariante ohne Isolierungsummantelung vorgesehen sein können, sind Basis- und Strahlungsschicht (5, 2) aus elektrisch isolierendem Material gefertigt. Ferner handelt es sich bei dem Material für die Basisschicht (5) um eine gießfähig aufzubereitende, wärmedämmende Mischung auf Polyesterharzbasis, in die anorganische Füllstoffe eingebunden sind. Die Strahlungsschicht (2) und die Nutzungsschicht mit ihrer abschließenden Begrenzungsoberfläche als Nutzungsoberfläche (15) bestehen aus wärmeleitendem Material; hier in beiden Fällen auf Epoxydharzbasis. Die Enden der Rohrleitungen (12) sind mit - nicht dargestellten - elektrischen Verbindungselementen versehen, die mit den elektrischen Heizleitungen (3) verbunden sind und mit denen zwei Rohrleitungen (12), kraftschlüssig und die elektrischen Heizleitungen (3) zweier Rohrleitungen (12) miteinander elektrisch verbindend, lösbar und abdichtend aneinander gesteckt werden können.
In Figur 2a ist eine Einlassung (7) in einen Schiffsboden (6) - eine so genannte Schildkröte - als eine weitere Ausführungsform der vereisungsfrei haltbaren Mittel zum Führen von Medien dargestellt. Die Einlassung (7) umfasst in diesem Fall vier stemenförmig auseinander laufende, sich verjüngende Finger mit einer Zentralöffnung. Figur 2b zeigt einen Ausschnitt der Einlassung (7) entlang der Linie A-A aus Figur 2a als senkrechter Schnitt durch einen Finger der Einlassung (7). Laut dieser Schnittdarstellung erstreckt sich die Einlassung (7) zwischen zwei sich gegenüberliegenden vorspringenden Nasen (8), unterhalb derer sich die Einlassung (7) höhlenartig verbreitert. Der untere Boden der Einlassung (7) und gegebenenfalls hier auch noch Teile der Seitenwandung werden durch die Nutzungsoberfläche (15) der vorgeschlagenen vereisungsfrei haltbaren Mittel ausgekleidet. Unterhalb der Nutzungsoberfläche (15) befinden sich in dieser Reihenfolge zunächst die Strahlungsschicht (2), die Heizmittel hier in Form einer elektrischen Heizfolie (4) und die Basisschicht (5). Während Nutzungsoberfläche (15) und Strahlungsschicht (2) aus wärmeleitendem Material bestehen, um in die Einlassung (7) eingelaufenes Wasser bei Eisbildung bei eingeschalteter Heizfolie (4) wieder auftauen zu können bzw. am Vereisen zu hindern, besteht die Basisschicht (5) aus wärmedämmenden Material zur thermischen Entkoppelung der Heizmittel (4) vom restlichen Schiffsboden. Zur Sicherung von Fahrzeugen werden mittig in die Einlassungen (7) die metallbeaufschlagten, mit einem Endkopf versehenen Enden (9) von Sicherungstauen/-ketten eingefügt, die dann zu den Aufnahmen am Ende der sich verjüngenden Finger der Einlassung (7) geführt werden können.
Figur 3a zeigt einen Gleisstrang (13) einer nicht weiter dargestellten Eisenbahnweiche, wobei der Gleisstrang (13) auf Schwellen (14) gelagert ist, zwischen denen mindestens ein Heizelement (1) vorgesehen ist. Entsprechend Figur 3b ist das Heizelement (1) mit in Richtung des Gleisstrangs (13) orientierter Strahlungsschicht (2), den Heizmitteln hier in Form von elektrischen Heizleitungen (3) und der das Heizelement (1) tragenden Basisschicht (5) unmittelbar benachbart unterhalb des Gleisstrangs (13) positioniert, wobei die Oberfläche des Gleisstrangs (13) die Nutzungsoberfläche (15) der vorgeschlagenen vereisungsfrei haltbaren Mittel zum Führen von Medien - das ist hier der innerhalb seiner Lagerungen geführte Gleisstrang (13) einer Weichenzungen bzw. der die Räder eines Waggons bzw. einer Lokomotive führende Gleisstrang (13) einer Weiche - darstellt. Figur 3b sind überdies die Temperaturlinien zu entnehmen, mit denen ein Auftauen einer bereits vereisten Eisenbahnweiche ermöglicht wird.
Figur 4 zeigt eine Gießform (10) zur Herstellung eines unterhalb der Nutzungsoberfläche (15) zu positionierenden Heizelements (1). In die Gießform (10) sind in dieser Reihenfolge zunächst das Material für die Strahlungsschicht (2), die Heizmittel hier in Form von elektrischen Heizleitungen (3) zusammen mit den nicht dargestellten Buchsen zum späteren Anschluss der Heizleitungen (3) an elektrische Versorgungsleitungen, und schließlich das Material für die Basisschicht (5) eingefüllt worden. Oberhalb der Gießform (10) ist ein Stempel (11) dargestellt, der in Richtung des dargestellten Pfeils bündig passend in die Gießform (10) einführbar gestaltet ist.
Begriffsliste:
  • (1) Heizelement
  • (2) Strahlungsschicht
  • (3) elektrische Heizleitungen
  • (4) elektrische Heizfolien
  • (5) Basisschicht
  • (6) Schiffsboden
  • (7) Einlassung
  • (8) vorspringende Nase zur Sicherung des Endes eines Sicherungstaus (einer Sicherungskette)
  • (9) Ende von Sicherungstau /-kette
  • (10) Gießform
  • (11) Stempel
  • (12) Rohrleitung
  • (13) Gleisstrang
  • (14) Schwelle
  • (15) Nutzungsoberfläche

    • Claims (11)

    1. Vereisungsfrei haltbare Mittel zum Führen von Medien mit
      einer aus wärmeleitendem Material bestehende Nutzungsoberfläche (15),
      dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel femer umfassen:
      eine aus gegossenem wärmeleitendem Material bestehende Strahlungsschicht (2), auf deren erste Seite die Nutzungsobertläche (15) unmittelbar benachbart gelegen ist,
      Heizmittel (3, 4) zur Erwärmung der Strahlungsschicht (2), auf deren zweite Seite, gegenüberliegend ihrer ersten Seite, die Heizmittel (3, 4) unmittelbar benachbart gelegen sind,
      eine aus gegossenem wärmedämmendem Material bestehende Basisschicht (5), die zusammen mit der Strahlungsschicht (2) die Heizmittel (3,4) ummantelt,
      wobei mindestens eine Schicht aus Strahlungs- und Basisschicht (2, 5) an die Heizmittel (3, 4) angegossen ist.
    2. Vereisungsfrei haltbare Mittel nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel ausgesucht sind aus der Liste, umfassend:
      Rohrleitungen (12) zum Führen von Flüssigkeit, insbesondere von Wasser,
      Auffahrrampen, insbesondere Rampen von RoRo-Fähren zum Führen von Fahrzeugen auf die Fähre hinauf bzw. von der Fähre hinunter,
      Gleisstränge (13) zum Führen von Weichenzungen innerhalb ihrer Lagerungen von Eisenbahnweichen,
      Einlassungen (7) in Schiffsböden (6) - so genannte Schildkröten - zur Führung der Enden (9) von Sicherungstauen/-ketten in die dafür vorgesehenen Aufnahmen.
    3. Vereisungsfrei haltbare Mittel nach einem der Patentansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsschicht (2) eine wesentlich geringere Schichtdicke als die Basisschicht (5) aufweist: d(2)«d(5).
    4. Vereisungsfrei haltbare Mittel nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsschicht (2) eine höhere spezifische Masse als die Basisschicht (5) aufweist.
    5. Vereisungsfrei, haltbare Mittel nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Material mindestens der Strahlungsschicht (2) elektrisch isolierende Eigenschaften aufweist.
    6. Vereisungsfrei haltbare Mittel nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizmittel elektrische Heizleitungen (3) umfassen.
    7. Vereisungsfrei haltbare Mittel nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizmittel elektrische Heizleitungen (3) ohne elektrische Isoliermittel umfassen.
    8. Vereisungsfrei haltbare Mittel nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizmittel elektrische Heizfolien (4) umfassen.
    9. Vereisungsfrei haltbare Mittel nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Strahlungsschicht (2) und/oder der Basisschicht (5) eines oder mehrere Reaktionsharzbindemittel enthält, ausgewählt aus der Liste, umfassend:
      Epoxyd-, Polyurethan-, Phoran-, Acrylat-, Polyester-, Phenolharz.
    10. Verfahren zur Herstellung eines unterhalb der Nutzungsoberfläche (15) zu positionierenden Heizelements (1), bestehend mindestens aus Strahlungsschicht (2), Heizmittel (3, 4) und Basisschicht (5), zur Ausbildung von vereisungsfrei haltbaren Mitteln nach einem der Patentansprüche 1 bis 9 umfassend:
      (i.) Bereitstellen einer Gießform (10),
      (ii.) Aufbereitung eines Materials in gießfähiger Form für die Strahlungsschicht (2) und Eingeben einer vordosierten Menge dieses Materials in die Gießform (10),
      (iii.) Ausbreitung der Heizmittel (3, 4) auf den Flüssigkeitsspiegel des noch nicht getrockneten Materials für die Strahlungsschicht (2) zur lufteinschlussfreien Kontaktierung der Heizmittel (3, 4) mit dem Material für die Strahlungsschicht (2),
      (iv.) Aufbereitung eines Materials in gießfähiger Form für die Basisschicht (5) und Eingeben einer vordosierten Menge dieses Materials in die Gießform (10) zur lufteinschlussfreien Ummantelung der Heizmittel (3, 4) mit dem Material für die Strahlungsschicht (2) und die Basisschicht (5),
      (v.) Entformen des zumindest angetrockneten und/oder gehärteten Heizelements (1).
    11. Verfahren zur Herstellung eines Heizelements (1) nach Patentanspruch 10 umfassend den zusätzlichen Verfahrensschritt nach (iv.) und vor (v.):
      (vi.) Einpressen des noch nicht getrockneten und/oder gehärteten Materials für die Basisschicht (5) in die Gießform (10) mittels eines filexiblen Stempels (11).
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