EP3052702B1 - Heiz- oder kühlvorrichtung für ein schienenprofil - Google Patents

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EP3052702B1
EP3052702B1 EP14793769.2A EP14793769A EP3052702B1 EP 3052702 B1 EP3052702 B1 EP 3052702B1 EP 14793769 A EP14793769 A EP 14793769A EP 3052702 B1 EP3052702 B1 EP 3052702B1
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EP
European Patent Office
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temperature control
heat exchanger
heat
rail
control unit
Prior art date
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Not-in-force
Application number
EP14793769.2A
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English (en)
French (fr)
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EP3052702A1 (de
Inventor
Wolfgang Reinker
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EAN ELEKTROSCHALTANLAGEN GmbH
Original Assignee
EAN ELEKTROSCHALTANLAGEN GmbH
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Filing date
Publication date
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Publication of EP3052702A1 publication Critical patent/EP3052702A1/de
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Publication of EP3052702B1 publication Critical patent/EP3052702B1/de
Not-in-force legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B7/00—Switches; Crossings
    • E01B7/24—Heating of switches
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B19/00—Protection of permanent way against development of dust or against the effect of wind, sun, frost, or corrosion; Means to reduce development of noise

Definitions

  • the present invention relates to a temperature control unit for infrastructure elements and a system for controlling the temperature of infrastructure elements.
  • Track elements of railways such as switches, have been heated for some time to prevent, especially in winter freezing of the moving parts or their blocking by penetrating snow and ice and thus to ensure the reliability.
  • Such classic point heaters are based on systems with hot steam, gas heating or electrical energy. The cost-effectiveness of such point heaters is significantly determined by the acquisition, maintenance and energy costs.
  • U1 discloses a heater having a rail-side attachable end-capped cover box extending substantially between the rail head and rail foot and having heating elements disposed therein communicating with a heater provided outside the cover box.
  • the heating elements are formed in the cover by at least two, a liquid heating medium, preferably water, leading channels, which are embedded in a rail profile adapted body made of highly conductive material.
  • the cover box is thermally insulated and sealed against the rail head and provided on its inside with a townisoliermaterial.
  • FR 22 44 053 A1 describes a heated tube for heating the web of a rail, which is acted upon by an externally heated liquid.
  • a solution with a heating system for heating railway turnouts is in EP 2 260 149 B1 shown.
  • a heating line through which a liquid flows is in heat-conducting contact with a rail part via a metallic fitting and is connected to a line network.
  • This heat which is passed through a heat exchanger in a separate circuit and heated to 40 ° C to 80 ° C, is then fed to the switch.
  • Geothermal heat can be used as a heat source for the primary cycle up to the heat pump.
  • a metallic fitting is arranged with a receptacle for the heating pipes. When flowing through the liquid, the heat transfer from the liquid via the heating line and the fitting to the rail.
  • a heat exchanger is releasably connected in each case with a stock rail and / or a tongue rail and / or a sliding chair by means of fastening elements.
  • the heat exchanger for stock rail and tongue rail on the rail web between the rail head and rail foot are detachably arranged.
  • a heat exchanger consists of an aluminum profile, each with a pipe for flow and return of a heat medium, an insulating, a rubber seal and a cover plate, which are glued together. Alternatively, the cover plate can be clamped over a groove and a clamping edge.
  • a fastener is provided to engage around a rail foot and thereby releasably connect the heat exchanger to the rail web. Further, an additional heating is provided, consisting of pipe and heat exchanger, which is arranged between two slide chairs between stock rail and tongue rail.
  • Rail element comprises a channel or a molding element, the wall is in heat-conducting contact with a rail part and is connected to a line system. This extends to a predetermined depth in the ground, to withdraw heat from there a circulating liquid.
  • the piping system is equipped with a heat pump and a heat exchanger. In one embodiment, it is a form of sheet metal.
  • a molding element has two heat channels, which lie in the region of the rail head and in the region of the rail foot. The distance between the two mold parts is either complied with that they are attached directly to this area on the rail, for example, glued or welded, or are firmly connected to each other via a spacer.
  • EP 1 262 597 A2 discloses a transfer of the heat output via a thermally conductive connected to the switch parts molding element.
  • the molded element consists of one part and is designed in various forms for stock rails and tongue rails. It is connected to the rail via screws on the rail web and on the tongue rail via tension clamps to the rail.
  • DE 10 2011 016 164 A1 discloses a heat exchanger consisting of a bottom plate made of concrete with capillary tube mats encapsulated therein.
  • Another disadvantage is the large mechanical moment of resistance that exert the heating elements or heat exchangers according to the prior art on the rails and switches. This results in a significant rigidity of the tongue rail through the respective (metallic) fitting. The increased stiffness acts on the tongue rail when setting the switch adversely and increases the necessary force. Due to the high rigidity, the heat exchangers can be permanently deformed on the stock rail during train movement and the bending of the rails, which creates an additional source of interference.
  • a disadvantage of the version with a direct evaporation probe and a direct capacitor to the switch is the low excess temperature of the heating medium of about + 8 ° C, the high operating pressure of the refrigerant and a required uniform slope of the entire line system on the switch to an evaporator tube.
  • Disadvantages are also arrangements of concrete slabs with integrated heat exchangers under the switch, as when installing or repairing the point heater, the disassembly and assembly of the switch completely or partially required and is associated with high costs.
  • the present invention is therefore an object of the invention to provide a temperature control unit for infrastructure elements and a system for controlling the temperature of infrastructure elements, which overcome the disadvantages mentioned above. It is a particular goal to provide a flexible and largely universally applicable temperature control and a system with high efficiency over the entire useful life.
  • the invention initially relates to a temperature control unit (1) for track elements (3).
  • This comprises a first one-piece heat exchanger (5) made of a thermally conductive material, in which a continuous cavity (7) for receiving a tempering medium is formed and which has an end opening at both ends of the cavity (7), and a second one-piece heat exchanger ( 11) made of a thermally conductive material, in which a continuous cavity (13) for receiving a tempering medium is formed and at both ends of the cavity (7) each having an end opening.
  • the temperature control unit (1) further comprises at least one fastening device (15) for fastening the first heat exchanger (5) and / or the second heat exchanger (11) to the track element (3).
  • the first heat exchanger (5) and the second heat exchanger (11) can be arranged in two adjacent sections of the track element (3), so that the first heat exchanger (5) over its length at least partially above the second heat exchanger (11) is arranged, wherein the first heat exchanger (5) and the second heat exchanger (11) are spaced apart by up to 20 mm.
  • the tempering unit (1) shows by the design of the heat exchanger (5, 11) as one-piece, thermally conductive elements very low heat transfer losses between the temperature control medium and the track element (3). Because the temperature control unit (1) comprises two heat exchangers (5, 11) which can be arranged substantially adjacent to one another, the low heat transmission losses remain due to optimum contact surface of both heat exchangers (5, FIG. 11) to the track element (3) even with large manufacturing tolerances of the track element (3) and in case of possible deformation of the track element (3).
  • the heat exchangers (5, 11) can compensate for each other possible tolerances by being pressed by the fastening device (15) as best as possible to the track element (3).
  • Another advantage consists in the simple and easy installation, or dismantling, the temperature control unit (1) on the track element (3).
  • For attaching can be largely resorted to fasteners of conventional electric point heaters. This is further reflected by a high cost-effectiveness in the acquisition, maintenance and energy costs.
  • infrastructure elements are to be understood as devices, in particular mobile devices, which can assume different and specifiable states in rail traffic for the targeted handling of traffic. Turnouts, track barriers, signals, special track sections or level crossing systems are counted among the track elements.
  • heat exchanger in accordance with the present invention refers to a three-dimensional body of a thermally conductive material that is integrally formed.
  • the thermally conductive material is aluminum or an aluminum alloy.
  • an extrusion process is suitable for shaping the heat exchanger.
  • continuous cavity is meant a substantially rectilinear, over the length of the heat exchanger (5, 11) extending cavity, which is preferably round or oval.
  • the continuous cavity (7, 13) in this way forms a conduit for the temperature control medium.
  • the tempering medium is a liquid or gaseous medium with a high thermal coefficient.
  • the temperature control medium is liquid, in particular a water / antifreeze mixture, a heat transfer oil or a refrigerant.
  • the heat transfer mediums (5, 11) at the ends of the cavities (7, 15) have openings through which the cavities (7, 15) are supplied with the tempering medium.
  • the end-side openings are simply the substantially round ends of the cavities (7, 15).
  • the front-side openings are designed so that a connection for the temperature control medium is attached.
  • the fastening device (15) serves to apply the heat exchanger (5, 11) to the respective track element, preferably with a positive connection. It has a base of a clamping bracket (33) and a clamping head (35) which is connected by means of a fastening means (39) fixed, but releasably connected to the track element (3), and via a pressure element (37) for applying the heat transfer ( 5, 11) to the track element (3). It is important from a practical point of view that the fastening device (15) is non-positively connected to the track element (3), otherwise the fastening device (15) and with it the tempering (1) could be displaced by mechanical loads such as vibrations.
  • the first heat exchanger (5) bears against the rail head (301) and at the upper part of the rail web (303), the second heat exchanger (30). 11) bears against the rail foot (305) and at the lower part of the rail web (303). Between the heat exchangers (5, 11) is provided a distance of up to 20 mm, preferably up to 10 mm, particularly preferably about 5 mm. Depending on Condition of the track element (3), the distance over the length of the heat exchanger (5, 11) vary. The first heat exchanger (5) is thus completely above the second heat exchanger (11).
  • the first heat exchanger (5) bears against the rail web (310) and part of the curve in the transition to the rail foot (309), the second heat exchanger (11) adjoins the first heat exchanger (5) in this rounding and rests against the rail base (309). Substantially no distance is provided between the heat exchangers (5, 11), whereby, depending on the mechanical loading of the track element (3), the heat exchangers (5, 11) do not have to rest against each other over their entire length.
  • the first heat exchanger (5) thus lies diagonally above the second heat exchanger (11).
  • the heat transfer losses between the heat exchangers (5, 11) and the track element (3) can be further improved by the operation of the temperature control unit (1).
  • the track elements (3) are subject to some deformation, i. in the case of a rail this is bent in train traffic. Since the tempering unit (1) according to the invention does not stiffen the track element (3) but moves to some extent, the heat exchanger (5, 11) and the track element (3) can slide against one another and thereby remove material which impedes heat transfer.
  • areas of the rail webs (303, 310) can be scoured by small movements of the heat transfer media (5, 11) by adhering rust, so that the heat transfer is improved.
  • the first heat exchanger (5) and / or the second heat exchanger (11) on the side facing the track element (3) has / have a profile that is at least partially complementary to the outer profile of the track element (3) such that there is essentially a form fit between the track element (3) and the first heat exchanger (5) and / or the second heat exchanger (11).
  • the track element (3) usually has a standardized profile, the u.a. oriented to international standards.
  • Examples of rail profiles which may comprise the track element (3) are S 30, S 33, S 41/10, S 41/14, S 49, S 54, S 64, UIC 54 E, UIC 54, UIC 60, R 50, R 65 and 140-RE. These examples will be partially explained further below.
  • the outer profile of the heat exchanger (5, 11) is based on these profiles of the track element (3), so that for each standard profile, at least partially, complementary profile of the heat exchanger (5, 11) can be kept. Since track elements (3) are subject to some variation in manufacture and operation, no heat exchanger (5, 11) can be made fully complementary, i. can not be a complete negative shape of the profile of the track element (3). In other words, the heat exchangers (5, 11) are "substantially positive fit" to the track element (3).
  • the heat transfer losses between the heat exchangers (5, 11) and the track element (3) can be further reduced by introducing a Wegleitmaterials between the heat exchanger (5, 11) and the track element (3).
  • a commercially available weather-resistant thermal paste or heat-conducting foil can be introduced.
  • the first heat exchanger (5) and / or the second heat exchanger (11) have bearing surfaces (19) on at least one part of the fastening device (15) on the side facing away from the track element (3) ,
  • the assembly of the heat exchanger (5, 11) facilitates, on the other hand, the heat exchanger (5, 11) on the track element (3) adjusted more precisely and an optimum contact surface on the rail profile can be achieved.
  • bearing surfaces (19) of the first heat exchanger (5) as chamfers (19 a) on its underside (21) and the bearing surfaces (19) of the second heat exchanger (11) as chamfers (19 b) on its upper side (23) are formed, which each occupy an angle of 10 ° to 80 ° relative to the vertical. In particular, the angle between 30 ° and 60 °, more preferably 45 °.
  • the chamfers (19a, 19b) on the underside (21) and the top (23) of the heat exchanger (5, 11) lie on the side facing away from the track element (3) and thus with respect to the outer profile of the heat exchanger (5, 11), which rests against the track element (3), and form a wedge-shaped recess.
  • the fastening device (15) may have a spring element (25) which is designed such that it exerts a spring force in the direction of the track element (3) on the first heat exchanger (5) and / or the second heat exchanger (5).
  • a pressure element (37) is provided on the spring element (25), which engages in the bearing surfaces (19) of the first heat exchanger (5) and / or the second heat exchanger (11) and thus transmits the spring force.
  • the spring element (25) ensures an optimal contact pressure of the heat exchanger (5, 11) to the track element (3).
  • this is preferably in sliding contact with the heat exchangers (5, 11), or their bevels (19a, 19b), and thus maintains the contact pressure even when the heat exchanger (5, 11) due the mechanical load of the track element (3) themselves are mechanically stressed and move within certain limits.
  • the temperature control unit (1) has a length of 0.1 m to 10 m, in particular from 0.5 m to 6.0 m.
  • the length of the tempering unit (1) i. the length of the heat exchanger (5, 11), oriented to conventional electrical heating elements of the prior art.
  • a simple project planning on existing assembly lists for electrical heating elements of the track elements (3) is possible.
  • the temperature control unit (1), or the heat exchanger (5, 11) are modular in a development of the invention. That is, in particular the heat exchanger (5, 11) are prefabricated in different, often required lengths produced. As a result, a more effective industrial production of the items is possible.
  • the prefabricated individual parts, in particular the heat exchanger (5, 11) on the basis of the concrete track element (3) individually adjusted, especially shortened or cut,
  • a fixed connection device at the ends of the heat exchanger (5, 11) would not be useful, since this would be omitted in the abovementioned shortening or cutting.
  • connections are preferred, which can be connected to the simple frontal openings.
  • this further comprises at least one insulating element.
  • the insulating element is in particular a two-part insulating element, in which the first insulating element the surfaces facing away from the track element (3) and the bearing surfaces (19) of the heat exchanger (5, 11) covered and the second insulating element a lower portion of the track element (3) and a vertical Exterior surface of the first Dämmelements covered.
  • An insulating element, as it can be used according to the present invention is in DE 10 2011 1900 079 A1 described.
  • insulation elements of the prior art are known in principle, the insulation element according to the present invention allows at least a partial reuse of existing insulation elements when converting electrical heating systems to the temperature control unit (1) according to the invention.
  • the insulating element is formed from a heat-insulating material, in particular polypropylene. Other materials that achieve high stability and good thermal insulation can also be used.
  • a first insulating element can serve to provisionally fix the heat transferring members (5, 11) on the track element (3) before final assembly takes place by the fastening device (15).
  • the second insulating element serves to improve the insulation overall between the individual fastening devices (15) along the track element (3).
  • the first insulating element and the second insulating element are shaped so that they can be mounted parallel to each other on a track element (3), so that in the mounted state, the second insulating element comprises a lateral lower end portion of the track element (3) form fit and in the longitudinal direction along the track element (3).
  • the first insulating element is arranged in the region of the distance between the second insulating element and the track element (3) and is held by means of the second Dämmelements on the track element (3).
  • the insulating elements are preferably made of a stable and heat-insulating material.
  • the present invention relates to a system (101) for tempering track elements (3).
  • This system (101) comprises at least one tempering unit (1) according to the invention, as described above, at least one tempering device for tempering the tempering medium and a line system for feeding the tempering of the tempering to the temperature control unit (1) and for discharging the tempering of the Temperature control unit (1) in the temperature control.
  • the system (101) exhibits substantially the same advantages as the tempering unit (1) comprised therein.
  • the system (101) initially achieves very low heat transfer losses between the temperature control medium and the track element (3), which are maintained even with large manufacturing tolerances of the track element (3) and with possible deformation of the track element (3) and over the entire service life.
  • the system (101) as a whole shows the greatest possible flexibility with respect to mechanical deformations during operation of the track element (3).
  • the heat exchangers (5, 11) can deform even within certain limits and so do not lead to a stiffening of the track element (3).
  • a tempering device is designed to heat or cool the tempering medium, wherein the energy required for this purpose can come from different sources. If the system (101) is to be used, for example, for heating a track element (3), the temperature-control medium is heated to a predetermined flow temperature, for example to 40 ° C. Alternatively, the temperature of the tempering medium can be regulated relative to the ambient temperature, for example to 10 ° C above the ambient temperature, but at least to + 8 ° C.
  • the energy direction of the system is reversed, i. warmed tempering heated, bypassing the heat pump, the brine in the geothermal heater, wherein the heating by the temperature control and / or by other means, for example, solar, takes place.
  • the heat exchangers (5, 11) of the system (101) are connected with each other and with the temperature control device via the line system.
  • the design of the heat exchanger (5, 11) was taken to create as few heat transfer for a reduction in heat transfer losses.
  • the line through the heat exchanger (5, 11) as a continuous cavity, in particular round, designed. Since the heat exchangers (5, 11) are further configured individually shortenable, you have at the end faces not connection facilities for lines, such as flanges, threads, etc.
  • the line system is formed in particular of corrugated stainless steel corrugated pipes and further comprises a plug connection with or without deaerator.
  • the piping system may further a connection profile, for example made of aluminum, have.
  • the conduit system is thermally insulated.
  • connection between the heat exchangers (5, 11) and the pipe system can be done via clamp couplings with pipe socket.
  • the heat exchangers (5, 11) can also be connected to each other via clamp couplings with pressed stainless steel corrugated pipe.
  • a deflection can be arranged and at the other end of the one or a row of tempering elements (1) . All connections are detachable, so that easy maintenance is possible.
  • a thread can be cut into the frontal openings, so that the heat transferring means (5, 11) can be connected by means of threaded sockets and screwed connections.
  • the track element (3) is a Fahrwegweiche (201).
  • simple switches, fallback points, crossing points and double crossing points are counted among the roadway switches (201).
  • the temperature control is a geothermal heater.
  • the selection of the geothermal heating device depends on the local conditions.
  • a preferred variant is the use of a U-tube probe with heat pump.
  • the geothermal energy with a U-tube brine geothermal probe transported upwards with the aid of a circulation pump.
  • the brine is deprived of heat by a heat pump.
  • the heat pump With the heat pump, the low-temperature energy is brought to a higher temperature level and transferred to the heating circuit, which also transports the energy via the temperature control units (1) to the track elements (3) with a further circulation pump and heats them there.
  • Another preferred variant is the use of direct evaporator probes.
  • This variant uses the latent heat of a refrigerant by its phase change.
  • the geothermal heater consists essentially of a closed pipe system with refrigerant, which evaporates by the geothermal energy.
  • the bore of the geothermal probe is introduced as a closed tube. This pipe is connected via lines with a compressor and expansion valve with the temperature control units (1) of the track elements (3).
  • WO 2013/037 635 A1 describes, among other things, a heater for sliding chairs and lockers.
  • a disadvantage of this technical solution is that it is not technically feasible at the point tip, especially in the area of the closure compartment, due to the small distance between the stock rail and tongue rail.
  • a heater for the sliding chair disposed between a Gleitstuhlplatte and a base plate heating element is provided.
  • the disadvantage of this is that special sliding chairs are required for this technical solution.
  • all sliding chairs a switch to be replaced, which is associated with great expense and high costs. Simple retrofitting is not possible.
  • the system (101) according to the invention may further comprise at least one tempering device (103) which comprises a flat heat-conducting body (105) with at least one heat-conducting line (107), wherein the planar heat-conducting body (105) has a recess (109) and parallel to it two bends (111 a, 111b).
  • the line (107) can be mounted both on the flat heat-conducting body (105) and under this.
  • the planar tempering device (103) is in particular a Gleitienemonasine, as defined below.
  • the system (101) according to the invention may further comprise, for the above-mentioned elements, a planar tempering device (113) which comprises a heat-conducting body (115) with at least one heat-conducting line (111) attached thereto.
  • a planar tempering device (113) which comprises a heat-conducting body (115) with at least one heat-conducting line (111) attached thereto.
  • the line (111) can be mounted both on the heat conducting body (115) and under this.
  • the planar tempering device (113) is, in particular, a closure compartment heater, as defined in more detail below.
  • the advantages mentioned above in connection with the track element (3) are extended to the entire system (101).
  • an integrated system is created with which all critical areas of a track element (3) can be tempered.
  • one or more temperature control units (1) are connected to the line system via a flow control valve and a shut-off valve.
  • one or more temperature control units (1) can be connected to the line system via a pressure monitor and / or a flow monitor for monitoring the tempering device (113)
  • the tempering unit 1 in the embodiment of a point heater will be described below.
  • the present invention can also be applied to the cooling of these track elements 3, for example, to prevent distortion or warping of the track elements 3, in particular rails, at high ambient temperatures.
  • energy can be stored in a geothermal heater and thus increases their capacity or quickly regenerated after a heating period.
  • the S 49 profile is the lightest and was the standard profile of the Deutsche Reichsbahn and its successors from 1922 to 1963. It is still present on many routes, but is only installed for less loaded tracks.
  • the standard profile S 54 with 54 kg / m can be found on main lines and on railway tracks. It was from 1963 the rule profile of the German Federal Railways.
  • the UIC 60 profile weighs 60 kg / m and has been used since 1970 usually for highly loaded routes, including for high speeds.
  • the standardized UIC 54 profile is comparable to the German S 54 profile and is mainly used in other European countries.
  • the R 65 profile with 65 kg / m imported from the USSR was installed for heavy loads.
  • the R 50 profile which is comparable to the German S 49, was used primarily in tram networks.
  • the 140-RE profile 70 kg / m is used for heavily loaded routes.
  • the track switch 201 includes a straight stock rail 203 for the straight-ahead traffic and a curved stock rail 205 for the turning traffic.
  • the straight stock rail 203 is a bent tongue rail 207 and the curved stock rail 205 is associated with a straight tongue rail 209.
  • the tongue rails 207, 209 can be moved on Gleitstuhlplatten 211, the Gleitstuhlplatten 211 are firmly connected to the switch sleepers 213. In the respective rest position, the tongue rails 207, 209 are locked at their tips by means of a closure 215 which is accommodated in a lock compartment (not explicitly shown here).
  • FIGS. 2a and 2b Schematic representations of the stock rail 203, 205 and the tongue rail 207, 209 are in the FIGS. 2a and 2b given.
  • the stock rail 203, 205 can be divided into rail head 301, rail web 303 and rail foot 305.
  • a flank 301 a is formed at the side of the tongue rail 207, 209 side facing the rail head 301.
  • the tongue rail 207, 209 has a head region 307, a land region 310 and a foot region 309.
  • the cross section, in particular of the tongue rails 207, 209, is different over the length thereof.
  • the tongue rails 207, 209 have essentially only one rail foot 309, a height-reduced rail web 310 and a weakened rail head 307, so that the run of a flange wheel from the cheek rails 203, 205 onto the tongue rails 207, 209 can be carried out continuously.
  • the tongue rails 207, 209 then form a full rail land 310 and also a full rail head 310 to eventually transition into the cross section of a normal, full rail.
  • the point heating system 101 is presented for heating switches 201 in winter by means of liquid tempering medium.
  • a heat exchanger 5, 11 each with a stock rail 203, 205 and / or a tongue rail 207, 209 via a resiliently movable fastening device 15 with the stock rail 203, 205 and the tongue rail 207, 209 positively connected.
  • the heat exchangers 5, 11 are preferably made of aluminum profiles with a round inner diameter for flow and return of the tempering and a facing on the rail sides according to the rail profile and on the side facing away from the rail with support surfaces 19 for the fastening device 15 for pressing against the rails ,
  • the heat exchanger 5 can be applied to a stock rail 203, 205 between rail head 301 and upper part of the rail web 303 and the heat exchanger 11 between rail 305 and lower part of the rail web 303.
  • a serves in FIG. 5 schematically illustrated fastening device 15, which in turn is attached to the rail, more specifically on the rail foot 305, non-positively.
  • bearing surfaces 19 are provided at an angle of approximately 45 ° relative to the vertical between the heat exchangers 5, 11 and the fastening device 15 through which the heat exchanger 5, 11 pressed into the curves between the rail web 303 and rail head 301 and rail 305 become. As a result, they have an independent surface contact independent of the tolerance of the rail, even during the traffic and the associated deflections of the rails.
  • FIG. 4 schematically illustrates the embodiment according to the invention for a tongue rail 207, 209.
  • the heat exchanger 5 on a tongue rail 207, 209 can on the vertical surface on the tongue rail web 310 and the Heat exchanger 11 can be attached to the horizontal surface on the tongue rail foot 309 with mutual contact surfaces at an angle of about 45 ° relative to the vertical via a spring-mounted fastening device 15, so that at an angle of about 45 ° both heat exchangers 5, 11 in the rounding between Tongue rail foot 309 and tongue rail 310 are pressed. They are held together by means of folds on a pressure element 37 connected to the fastening device 15. They thereby have a uniform surface contact independent of the tolerance of the tongue rail contour.
  • the attachment of the heat exchanger 5, 11 to a track element 3 is positively via a fastening device 15, consisting of clamping bracket 33, clamping head 35, clamping screw 39 and spring element 25 on rail 305, as in FIG. 5 is shown schematically.
  • a fastening device 15 for the stock rail 203, 205 a spring element 25 with a pressure element 37 is arranged at the level of the horizontal axis of symmetry of the rail web 303. After mounting the first Dämmelements the pressure element 37 penetrates the first insulating element and presses on the support surfaces 19 of the heat exchanger 5, 11.
  • the pressure element 37 preferably has a U-shaped contour with oblique outer surfaces, preferably about 45 ° from the vertical and thus conformal to the bearing surface 19 of the heat exchanger 5, 11 to act on the heat exchanger 5, 11 in a wedge shape over the bearing surfaces 19 of the heat exchanger 5, 11, so that they rest with optimal contact surface on the track element 3.
  • the pressure element 37 is designed as a metallic staple. This staple is beaten during assembly, preferably by hand, through the first insulating element until its oblique outer surfaces in the chamfers 19a, 19b of the heat exchanger 5, 11 engage. Subsequently, the spring element 25 is applied to the back of the staple and acted upon by tightening the fastening device 15 with a spring tension.
  • FIG. 6 shows the system 101 except for the insulating elements and the piping system.
  • a mounting clamp For attaching the second Dämmelements and fixing it to the rail a mounting clamp is provided. This is preferably designed and adapted to the outer profile of the second Dämmelements that they in one biased state is attachable to the second insulating element. Due to the bias of the mounting clip, the second insulating element can be fixed to the rail when attached to the rail by means of snapping the mounting clamp on the rail foot 305.
  • the second insulating element on its underside has a length which corresponds to a distance between two sleepers 213.
  • the insulation element according to the invention 27 has a plurality of first insulating elements, which are arranged in the mounted state over the entire tempered rail length lined up.
  • the present invention overcomes specific disadvantages of the in WO 2013/037 635 A1 described prior art.
  • the heating of the sliding chairs according to the present invention via horizontally arranged tempering 103, preferably made of a good thermal conductivity sheet metal, which has a recess 109 in the region of the higher-lying sliding surface for the tongue rail 207, 209. That is, the tempering device 103 is cut free in the size of the slide chair and thus has a U-shape.
  • the tempering device 103 according to the invention can be retrofitted to existing sliding chairs, without any changes are necessary.
  • the tempering device 103 has parallel to the recess, ie parallel to the orientation of the thresholds 213, folds 111 a, 111 b, which point at an angle of 30 ° to 60 °, in particular 45 °, with respect to the horizontal downwards.
  • the tempering device 103 is divided into three areas.
  • a line 107 is thermally conductive for the flow and return of the tempering attached. Due to the heat transfer from the temperature control medium via the line 107 and the tempering device 103, the slide chair 211, which is in thermal contact with it, can be tempered.
  • the line 107 may be mounted on or below the flat heat-conducting body 105.
  • the heating of the lock compartments is carried out according to the invention via a flat tempering device 113, which is preferably made of a good thermal conductivity sheet.
  • the heat-conducting body 115 of the planar tempering device 113 is not bent, but essentially flat, so that it can be slid horizontally on the ballast bed under the lock compartment.
  • the tempering device 113 has heat-conducting on the heat conducting body 115 attached lines 117 for the flow and return of the tempering medium. In this case, the line 117 may be mounted on or below the heat-conducting body 115.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Temperiereinheit für Fahrwegelemente und ein System zum Temperieren von Fahrwegelementen.
  • Fahrwegelemente von Eisenbahnen, beispielsweise Weichen, werden bereits seit längerer Zeit beheizt, um vor allem im Winter ein Einfrieren der beweglichen Teile bzw. deren Blockieren durch eingedrungenen Schnee und Eis zu verhindern und damit die Betriebssicherheit zu gewährleisten. Solche klassischen Weichenheizungen beruhen auf Systemen mit Heißwasserdampf, Gasbeheizung oder elektrischer Energie. Die Wirtschaftlichkeit solcher Weichenheizungen wird dabei maßgeblich durch die Anschaffungs-, Instandhaltungs- und Energiekosten bestimmt.
  • In jüngerer Zeit wird versucht, die Energiekosten durch den Einsatz von geothermischen Wärmequellen zu senken. Bislang werden dazu Erdwärmesonden mit Wärmerohren erprobt, wobei es verschiedene Verfahren gibt, die Erdwärme für den jeweiligen Anwendungsfall verfügbar zu machen. Gattungsgemäße Temperiereinheiten sind folglich aus dem Stand der Technik prinzipiell bekannt.
  • DE 1 277 290 A1 beschreibt Schienen-Heizkörper mit Rohrleitungen, die mit einem Strömungsmittel durchflossen werden. Die Rohrleitungen werden mit Federn an den Schienen festgeklemmt.
  • DE 20 2005 021 255 U1 offenbart eine Heizvorrichtung mit einem an der Schienenseite befestigbaren, stirnseitig geschlossenen Abdeckkasten, der sich im Wesentlichen zwischen Schienenkopf und Schienenfuß erstreckt und in dem Heizelemente angeordnet sind, die mit einer außerhalb des Abdeckkastens vorgesehen Heizvorrichtung in Verbindung stehen. Die Heizelemente sind im Abdeckkasten durch zumindest zwei, ein flüssiges Heizmedium, vorzugsweise Wasser, führende Kanäle gebildet, die in einem dem Schienenprofil angepassten Körper aus gut leitendem Material eingebettet sind. Der Abdeckkasten ist gegen den Schienenkopf wärmeisoliert und abgedichtet sowie an seiner Innenseite mit einem Wärmeisoliermaterial versehen. FR 22 44 053 A1 beschreibt ein beheiztes Rohr zur Erwärmung des Steges einer Schiene, das durch eine extern erwärmte Flüssigkeit beaufschlagt wird.
  • Nach EP 2 447 693 A2 werden die festen Schienen einer Weiche durch Heizkörper in Form eines flachen Rohres am Schienenkopf erwärmt. Die Schienenfüße der Weiche werden von unten mittels eines speziellen metallischen Trägers mit kammartig ausgebildeten Heizkörpern über geheizte Flüssigkeiten erwärmt.
  • Eine Lösung mit einem Wärmesystem zur Beheizung von Eisenbahnweichen wird in EP 2 260 149 B1 dargestellt. Dabei steht eine mit Flüssigkeit durchströmte Heizleitung über ein metallisches Formstück in wärmeleitendem Kontakt mit einem Schienenteil und ist mit einem Leitungsnetz verbunden. Diese Wärme, die durch einen Wärmetauscher in einem separaten Kreislauf geführt und auf 40 °C bis 80 °C erwärmt wird, wird dann der Weiche zugeführt. Als Wärmequelle für den Primärkreislauf bis zur Wärmepumpe kann Erdwärme Verwendung finden. An der Backenschiene und der Zungenschiene der Weiche wird ein metallisches Formstück mit einer Aufnahme für die Heizungsleitungen angeordnet. Beim Durchströmen der Flüssigkeit erfolgt die Wärmeübertragung von der Flüssigkeit über die Heizungsleitung und das Formstück zur Schiene.
  • In WO 2013/037 635 A1 sind für eine Weiche ein oder mehrere Wärmetauscher vorgesehen, wobei ein Wärmetauscher jeweils mit einer Backenschiene und/oder einer Zungenschiene und/oder einem Gleitstuhl mittels Befestigungselementen lösbar verbunden ist. Dabei sind die Wärmetauscher für Backenschiene und Zungenschiene am Schienensteg zwischen Schienenkopf und Schienenfuß lösbar angeordnet. Ein Wärmetauscher besteht aus einem Aluminiumprofil mit je einer Rohrleitung für Vor- und Rücklauf eines Wärmemediums, einem Isolierelement, einem Dichtgummi und einem Abdeckblech, die miteinander verklebt sind. Alternativ ist das Abdeckblech über eine Nut und eine Klemmkante einklemmbar. Ein Befestigungselement ist dazu vorgesehen, einen Schienenfuß zu umgreifen und dadurch den Wärmetauscher lösbar mit dem Schienensteg zu verbinden. Ferner ist eine Zusatzheizung vorgesehen, bestehend aus Rohrleitung und Wärmetauscher, die zwischen zwei Gleitstühlen zwischen Backenschiene und Zungenschiene angeordnet ist.
  • Aus EP 1 262 597 B1 ist ein Erdwärmesystem und ein Verfahren für eine Weichenbeheizung bekannt, bei dem eine Wärmeleitungseinrichtung an einem
  • Schienenelement einen Kanal bzw. ein Formelement umfasst, dessen Wand in wärmeleitendem Kontakt mit einem Schienenteil steht und mit einem Leitungssystem verbunden ist. Dieses erstreckt sich in eine vorbestimmte Tiefe im Untergrund, um von dort einer zirkulierenden Flüssigkeit Wärme zu entziehen. Das Leitungssystem ist mit einer Wärmpumpe und einem Wärmetauscher ausgestattet. Bei einer Ausführungsform handelt es sich um Formelemente aus Blech. Ein Formelement weist zwei Wärmekanäle auf, die im Bereich des Schienenkopfs und im Bereich des Schienenfußes liegen. Der Abstand zwischen beiden Formteilen wird entweder darüber eingehalten, dass sie direkt in diesen Bereich an der Schiene befestigt sind, beispielsweise eingeklebt oder angeschweißt, oder über einen Abstandhalter miteinander fest verbunden sind.
  • Die Übertragung der Wärmeleistung in DE 10 2009 025 107 A1 erfolgt über ein mit dem Weichenteil wärmeleitend verbundenes Formelement, wobei das Formelement aus einem Teil in verschiedenen Ausführung für Backenschiene und Zungenschiene ausgeführt ist und über Schrauben direkt oder über Spannklemmen indirekt mit der Schiene verbunden wird.
  • Bei der in DE 203 21 755 U1 beschriebenen Technik werden Weichen mittels Wärmerohren direkt beheizt, indem diese Wärmerohre mit einem Arbeitsmedium gefüllt sind, dessen Phasenwechsel flüssig / gasförmig bei der Temperatur der Erdwärmequelle am jeweiligen Ort liegt.
  • EP 1 262 597 A2 offenbart eine Übertragung der Wärmeleistung über ein mit den Weichenteilen wärmeleitend verbundenes Formelement. Dabei besteht das Formelement aus einem Teil und ist in verschiedenen Formen für Backenschienen und Zungenschienen ausgeführt. An der Backenschiene ist es über Schrauben am Schienensteg und an der Zungenschiene über Spannklemmen mit der Schiene verbunden.
  • DE 10 2011 016 164 A1 offenbart einen Wärmetauscher, der aus einer unter der Weiche angeordneten Bodenplatte aus Beton mit darin eingegossenen Kapillarrohrmatten besteht.
  • Die technischen Lösungen aus dem Stand der Technik haben zunächst den Nachteil von mehrfachen Wärmeübergängen zwischen verschiedenen Bauteilen und/oder
  • Materialien. Damit ergeben sich mehrere Wärmeübergangswiderstände, beispielsweise von der Flüssigkeit über die Heizleitung und das Formstück zur Schiene, und damit erhebliche Wärmeverluste. Durch die Wärmeverluste ist eine hohe Vorlauftemperatur des Heizmediums erforderlich, wodurch diese Lösungen in der Regel nicht wirtschaftlich betrieben werden können.
  • Nachteilig ist ebenfalls das große mechanische Widerstandsmoment, das die Heizelemente oder Wärmeüberträger nach dem Stand der Technik auf die Schienen und Weichen ausüben. Daraus resultiert eine deutliche Steifigkeit der Zungenschiene durch das jeweilige (metallische) Formstück. Die gesteigerte Steifigkeit wirkt an der Zungenschiene beim Stellen der Weiche nachteilig und erhöht die notwendige Stellkraft. An der Backenschiene können bei Zugfahrt und damit verbundener Durchbiegung der Schienen die Wärmetauscher aufgrund der hohen Steifigkeit dauerhaft deformiert werden, wodurch eine zusätzliche Störquelle entsteht.
  • Nachteilig ist ferner im Stand der Technik bei der direkten Verbindung von Formelementen mit der Schiene der hohe Aufwand bei der Montage, Wartung und Instandsetzung des Gesamtsystems. Eine Befestigung der Formelemente über eine Schraubverbindung im Schienensteg, bei der eine Bohrung in der Schiene erforderlich ist und damit die mechanische Festigkeit der Schiene geschwächt wird, ist heute bei vielen Bahnverwaltungen nicht gestattet. Insbesondere im Falle von Hochgeschwindigkeitsstrecken ist ein Einbringen von Bohrungen in die Schienen explizit untersagt.
  • Zudem sind viele Ausführungsformen des Standes der Technik aufgrund eines mangelnden Wärmekontakts, beispielsweise durch nicht beherrschbare Toleranzen an den Berührungsflächen zwischen Formelement und Schiene oder bei Belastung der Schienen durch Biegung, nachteilig. Die Lösung über an den Schienen angebrachte Rohrleitungen hat eine geringe Kontaktfläche zur Schiene und damit einen großen Wärmeübergangswiderstand zur Folge.
  • Von Nachteil sind ferner Anordnungen der Formelemente auf der Innenseite der Backenschiene, also auf der Seite, die der jeweiligen Zungenschiene zugewandt ist. Dies ist problematisch, da der Zwischenraum zwischen Weichenzunge und der Backenschiene vor allem im Bereich der Weichenspitze sehr gering ist. Die Montage und Befestigung der Blechformteile in diesem Bereich ist unrealistisch.
  • Von Nachteil bei der Ausführung mit einer Direktverdampfungssonde und einem Direktkondensator an der Weiche ist die geringe Übertemperatur des Heizmediums von ca. + 8 °C, der hohe Betriebsdruck des Kältemittels und ein erforderliches gleichmäßiges Gefälle des gesamten Leitungssystems an der Weiche bis zu einem Verdampferrohr.
  • Von Nachteil sind außerdem Anordnungen von Betonplatten mit integrierten Wärmetauschern unter der Weiche, da beim Errichten bzw. Instandsetzen der Weichenheizung die Demontage und Montage der Weiche ganz oder teilweise erforderlich und mit hohen Kosten verbunden ist.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, eine Temperiereinheit für Fahrwegelemente sowie ein System zum Temperieren von Fahrwegelementen zu schaffen, welche die vorstehend genannten Nachteile überwinden. Es ist insbesondere ein Ziel, eine flexibel und weitgehend universell einsetzbare Temperiereinheit sowie ein System mit hoher Wirtschaftlichkeit über die gesamte Nutzungsdauer bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird in einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung gemäß Anspruch 1 durch eine Temperiereinheit (1) für Fahrwegelemente (3) gelöst, umfassend
    • einen ersten einstückigen Wärmeüberträger (5) aus einem wärmeleitfähigen Material, in dem ein durchgehender Hohlraum (7) zur Aufnahme eines Temperiermediums ausgebildet ist und der an beiden Endes des Hohlraums (7) jeweils eine stirnseitige Öffnung aufweist,
    • einen zweiten einstückigen Wärmeüberträger (11) aus einem wärmeleitfähigen Material, in dem ein durchgehender Hohlraum (13) zur Aufnahme eines Temperiermediums ausgebildet ist und der an beiden Endes des Hohlraums (7) jeweils eine stirnseitige Öffnung aufweist, und
    • zumindest eine Befestigungsvorrichtung (15) zum Befestigen des ersten Wärmeüberträgers (5) und/oder des zweiten Wärmeüberträgers (11) an dem Fahrwegelement (3),
    wobei der erste Wärmeüberträger (5) und der zweite Wärmeüberträger (11) in zwei benachbarten Abschnitten des Fahrwegelements (2) anordenbar sind, so dass der erste Wärmeüberträger (5) über seine Länge zumindest teilweise oberhalb des zweiten Wärmeüberträgers (11) angeordnet ist, wobei der erste Wärmeüberträger (5) und der zweite Wärmeüberträger (11) mit bis zu 20 mm voneinander beabstandet sind. In einem zweiten Aspekt wird die Aufgabe erfindungsgemäß nach Anspruch 8 durch ein System (101) zum Temperieren von Fahrwegelementen (3) gelöst, umfassend:
    • zumindest eine erfindungsgemäße Temperiereinheit (1), wie sie vorstehend beschrieben ist,
    • zumindest eine Temperiervorrichtung zum Temperieren des Temperiermediums und
    • ein Leitungssystem zur Zuführen des Temperiermediums von der Temperiervorrichtung zu der Temperiereinheit (1) und zum Abführen des Temperiermediums aus der Temperiereinheit (1) in die Temperiervorrichtung.
  • Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung detailliert beschrieben.
    Die Erfindung betrifft zunächst eine Temperiereinheit (1) für Fahrwegelemente (3). Diese umfasst einen ersten einstückigen Wärmeüberträger (5) aus einem wärmeleitfähigen Material, in dem ein durchgehender Hohlraum (7) zur Aufnahme eines Temperiermediums ausgebildet ist und der an beiden Endes des Hohlraums (7) jeweils eine stirnseitige Öffnung aufweist, und einen zweiten einstückigen Wärmeüberträger (11) aus einem wärmeleitfähigen Material, in dem ein durchgehender Hohlraum (13) zur Aufnahme eines Temperiermediums ausgebildet ist und der an beiden Endes des Hohlraums (7) jeweils eine stirnseitige Öffnung aufweist. Die Temperiereinheit (1) umfasst ferner zumindest eine Befestigungsvorrichtung (15) zum Befestigen des ersten Wärmeüberträgers (5) und/oder des zweiten Wärmeüberträgers (11) an dem Fahrwegelement (3).
    Der erste Wärmeüberträger (5) und der zweite Wärmeüberträger (11) sind in zwei benachbarten Abschnitten des Fahrwegelements (3) anordenbar, so dass der erste Wärmeüberträger (5) über seine Länge zumindest teilweise oberhalb des zweiten Wärmeüberträgers (11) angeordnet ist, wobei der erste Wärmeüberträger (5) und der zweite Wärmeüberträger (11) mit bis zu 20 mm voneinander beabstandet sind.
  • Die Temperiereinheit (1) zeigt durch die Ausführung der Wärmeüberträger (5, 11) als einstückige, wärmeleitfähige Elemente sehr geringe Wärmeübertragungsverluste zwischen dem Temperiermedium und dem Fahrwegelement (3). Dadurch, dass die Temperiereinheit (1) zwei Wärmeüberträger (5, 11) umfasst, die im Wesentlichen benachbart zueinander anordenbar sind, bleiben die geringen Wärmeübertragungsverluste durch optimale Kontaktfläche beider Wärmeüberträger (5, 11) zum Fahrwegelement (3) auch bei großen Fertigungstoleranzen des Fahrwegelements (3) und bei möglicher Verformung des Fahrwegelements (3) erhalten. Die Wärmeüberträger (5, 11) können unabhängig voneinander mögliche Toleranzen ausgleichen, indem sie durch die Befestigungsvorrichtung (15) bestmöglich an das Fahrwegelements (3) gedrückt werden. Da sie nicht fest miteinander verbunden sind, zeigen sie zudem eine gewisse Flexibilität und können so mit Verformungen des Fahrwegelements (3) mitgehen, ohne dieses wesentlich auszusteifen. Sind die Wärmeüberträger (5, 11) beabstandet voneinander angeordnet, können sie relativ frei der Verformung des Fahrwegelements (3) folgen. Sind die Wärmeüberträger (5, 11) mit Kontakt zueinander angeordnet, können sie bei einer Verformung des Fahrwegelements (3) aneinander gleiten und so ebenfalls der Verformung folgen.
  • Ein weiterer Vorteil besteht in der einfachen und leichten Montage, bzw. Demontage, der Temperiereinheit (1) an dem Fahrwegelement (3). Für die Anbringung kann weitgehend auf Befestigungselemente von herkömmlichen elektrischen Weichenheizungen zurückgegriffen werden. Dies macht sich ferner durch eine hohe Wirtschaftlichkeit bei den Anschaffungs-, Instandhaltungs- und Energiekosten bemerkbar.
  • Unter "Fahrwegelementen" werden im Sinne der vorliegenden Erfindung Einrichtungen, insbesondere bewegliche Einrichtungen, verstanden, die im Schienenverkehr zur gezielten Abwicklung des Verkehrs unterschiedliche und vorgebbare Zustände einnehmen können. Zu den Fahrwegelementen werden Weichen, Gleissperren, Signale, spezielle Gleisabschnitte oder Bahnübergangsanlagen gezählt.
  • Der Begriff "Wärmeüberträger" bezeichnet gemäß der vorliegenden Erfindung einen dreidimensionalen Körper aus einem wärmeleitfähigen Material, der einstückig ausgebildet ist. Vorzugsweise ist das wärmeleitfähige Material Aluminium oder eine Aluminium-Legierung. Zur Formgebung des Wärmeüberträgers eignet sich insbesondere ein Strangpressverfahren.
  • Unter "durchgehender Hohlraum" wird ein im Wesentlichen geradliniger, sich über die Länge des Wärmeüberträgers (5, 11) erstreckender Hohlraum verstanden, der bevorzugt rund oder oval ausgebildet ist. Der durchgehende Hohlraum (7, 13) bildet auf diese Weise eine Leitung für das Temperiermedium.
  • Das Temperiermedium ist ein flüssiges oder gasförmiges Medium mit einem hohen Wärmekoeffizienten. Vorzugsweise ist das Temperiermedium flüssig, insbesondere ein Wasser/Frostschutzmittel-Gemisch, ein Wärmeträgeröl oder ein Kältemittel.
  • Stirnseitig weisen die Wärmeüberträger (5, 11) an den Enden der Hohlräume (7, 15) Öffnungen auf, über welche die Hohlräume (7, 15) mit dem Temperiermedium versorgt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei den stirnseitigen Öffnungen einfach um die im Wesentlichen runden Enden der Hohlräume (7, 15). Die stirnseitigen Öffnungen sind dazu ausgelegt, dass ein Anschluss für das Temperiermedium angebracht wird.
  • Die Befestigungsvorrichtung (15) dient dazu, die Wärmeüberträger (5, 11) an das jeweilige Fahrwegelement anzulegen, vorzugsweise mit einer formschlüssigen Verbindung. Es verfügt über eine Basis aus einem Klemmbügel (33) und einem Klemmkopf (35), die mittels eines Befestigungsmittels (39) fest, aber lösbar mit dem Fahrwegelement (3) verbunden ist, und über ein Andruckelement (37) zum Anlegen der Wärmeüberträger (5, 11) an das Fahrwegelement (3). Es ist aus praktischer Sicht wichtig, dass die Befestigungsvorrichtung (15) kraftschlüssig mit dem Fahrwegelement (3) verbunden ist, da sonst die Befestigungsvorrichtung (15) und mit ihr das Temperierelement (1) durch mechanische Belastungen wie Vibrationen verschoben werden könnten.
  • Die Formulierungen "in zwei benachbarten Abschnitten" und "zumindest teilweise oberhalb" in Bezug auf die Position der Wärmeüberträger (5, 11) zu dem Fahrwegelement (3) sind so auszulegen, dass die Wärmeüberträger (5, 11) vollständig vertikal übereinander oder mit seitlichen Versatz diagonal übereinander angeordnet sind und dabei einen gewissen Abstand voneinander haben können. Dabei liegen sie an zwei benachbarten Abschnitten des Fahrwegelements (3) an.
  • Am Beispiel einer Backenschiene (203, 205) einer Weiche (201) als Teil des Fahrwegelements (3) dargelegt, liegt der erste Wärmeüberträger (5) am Schienenkopf (301) und am oberen Teil des Schienenstegs (303) an, der zweite Wärmeüberträger (11) liegt am Schienenfuß (305) und am unteren Teil des Schienenstegs (303) an. Zwischen den Wärmeüberträgern (5, 11) ist ein Abstand von bis zu 20 mm vorgesehen, vorzugsweise bis zu 10 mm, insbesondere bevorzugt ca. 5 mm. Je nach Beschaffenheit des Fahrwegelements (3) kann der Abstand über die Länge der Wärmeüberträger (5, 11) variieren. Der erste Wärmeüberträger (5) liegt somit vollständig oberhalb des zweiten Wärmeüberträgers (11).
  • Für den Fall einer Zungenschiene (207, 209) einer Weiche (201) als Teil des Fahrwegelements (3) dargelegt, liegt der erste Wärmeüberträger (5) am Schienensteg (310) und einem Teil der Rundung im Übergang zum Schienenfuß (309) an, der zweite Wärmeüberträger (11) schließt sich in dieser Rundung an den ersten Wärmeüberträger (5) an und liegt am Schienenfuß (309) an. Zwischen den Wärmeüberträgern (5, 11) ist im Wesentlichen kein Abstand vorgesehen, wobei je nach mechanischer Belastung des Fahrwegelements (3) die Wärmeüberträger (5, 11) nicht über ihre gesamte Länge spaltfrei aneinander liegen müssen. Der erste Wärmeüberträger (5) liegt somit diagonal oberhalb des zweiten Wärmeüberträgers (11).
  • Weitere Ausführungsformen werden nachstehend näher erläutert.
  • Die Wärmeübertragungsverluste zwischen den Wärmeüberträgern (5, 11) und dem Fahrwegelement (3) können ferner durch den Betrieb der Temperiereinheit (1) verbessert werden. Wie vorstehend geschildert, unterliegen die Fahrwegelemente (3) im Betrieb einer gewissen Verformung, d.h. im Falle einer Schiene wird diese bei Zugverkehr durchgebogen. Da die erfindungsgemäße Temperiereinheit (1) das Fahrwegelement (3) nicht aussteift, sondern in gewissem Maße mitgeht, können Wärmeüberträger (5, 11) und Fahrwegelement (3) aneinander gleiten und dadurch Material, das die Wärmeübertragung behindert, entfernen. In einem konkreten Ausführungsbeispiel können Bereiche der Schienenstege (303, 310) durch geringe Bewegungen der Wärmeüberträger (5, 11) von anhaftendem Rost blankgescheuert werden, so dass die Wärmeübertragung verbessert wird.
  • Zudem hat/haben in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der erste Wärmeüberträger (5) und/oder der zweite Wärmeüberträger (11) auf der dem Fahrwegelement (3) zugewandten Seite ein Profil, das zu dem Außenprofil des Fahrwegelements (3) zumindest teilweise komplementär ist, so dass zwischen dem Fahrwegelement (3) und dem ersten Wärmeüberträger (5) und/oder dem zweiten Wärmeüberträger (11) im Wesentlichen ein Formschluss besteht.
  • Das Fahrwegelement (3) weist in der Regel ein genormtes Profil auf, das sich u.a. an internationalen Normen orientiert. Beispiele für Schienenprofile, welche das Fahrwegelement (3) aufweisen kann, sind S 30, S 33, S 41/10, S 41/14, S 49, S 54, S 64, UIC 54 E, UIC 54, UIC 60, R 50, R 65 und 140-RE. Diese Beispiele werden nachstehen teilweise weiter erläutert.
  • Das Außenprofil der Wärmeüberträger (5, 11) orientiert sich an diesen Profilen des Fahrwegelements (3), so dass zu jedem Normprofil ein, zumindest teilweise, komplementäres Profil der Wärmeüberträger (5, 11) vorgehalten werden kann. Da Fahrwegelemente (3) bei der Herstellung und durch den Betrieb einer gewissen Variation unterliegen, kann kein Wärmeüberträger (5, 11) vollständig komplementär ausgebildet werden, d.h. kann keine vollständige Negativform des Profils des Fahrwegelements (3) sein. In anderen Worten liegen die Wärmeüberträger (5, 11) "im Wesentlichen formschlüssig" an dem Fahrwegelement (3) an.
  • Die Wärmeübertragungsverluste zwischen den Wärmeüberträgern (5, 11) und dem Fahrwegelement (3) können durch das Einbringen eines Wärmeleitmaterials zwischen die Wärmeüberträger (5, 11) und das Fahrwegelement (3) weiter verringert werden. Insbesondere kann eine handelsübliche wetterbeständige Wärmeleitpaste oder Wärmeleitfolie eingebracht werden.
  • In einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Temperiereinheit (1) weist/weisen der erste Wärmeüberträger (5) und/oder der zweite Wärmeüberträger (11) auf der dem Fahrwegelement (3) abgewandten Seite Auflageflächen (19) für zumindest einen Teil der Befestigungsvorrichtung (15) auf. Durch das Vorsehen von Auflageflächen (19) wird einerseits die Montage der Wärmeüberträger (5, 11) erleichtert, andererseits können die Wärmeüberträger (5, 11) am Fahrwegelement (3) genauer justiert und eine optimale Kontaktfläche am Schienenprofil erreicht werden.
  • Es ist bevorzugt, wenn die Auflageflächen (19) des ersten Wärmeüberträgers (5) als Abschrägungen (19a) an seiner Unterseite (21) und die Auflageflächen (19) des zweiten Wärmeüberträgers (11) als Abschrägungen (19b) an seiner Oberseite (23) ausgebildet sind, die gegenüber der Vertikalen jeweils einen Winkel von 10° bis 80° einnehmen. Insbesondere beträgt der Winkel zwischen 30° und 60°, besonders bevorzugt 45°.
  • Die Abschrägungen (19a, 19b) an der Unterseite (21) bzw. der Oberseite (23) der Wärmeüberträger (5, 11) liegen auf der dem Fahrwegelement (3) abgewandten Seite und damit gegenüber dem Außenprofil der Wärmeüberträger (5, 11), das an dem Fahrwegelement (3) anliegt, und bilden eine keilförmige Vertiefung. Durch die Abschrägung gegenüber der Vertikalen von 10° bis 80°, insbesondere 30° bis 60°, besonders bevorzugt 45° wird sichergestellt, dass die durch die Befestigungsvorrichtung (15) aufgebrachte Kraft optimal zum formschlüssigen Anlegen des Wärmeüberträgers (5, 11) an das Fahrwegelement (3) ausgenutzt wird.
  • Bei der erfindungsgemäßen Temperiereinheit (1) kann die Befestigungsvorrichtung (15) ein Federelement (25) aufweisen, das so ausgebildet ist, dass es eine Federkraft in Richtung des Fahrwegelements (3) auf den ersten Wärmeüberträger (5) und/oder den zweiten Wärmeüberträger (11) ausübt. Bevorzugt ist an dem Federelement (25) ein Andruckelement (37) vorgesehen, das in die Auflageflächen (19) des ersten Wärmeüberträgers (5) und/oder des zweiten Wärmeüberträgers (11) eingreift und damit die Federkraft überträgt.
  • Das Federelement (25) stellt einen optimalen Anpressdruck der Wärmeüberträger (5, 11) an das Fahrwegelement (3) sicher. Bei Vorhandensein des Andruckelements (37) steht dieses vorzugsweise in gleitendem Kontakt mit den Wärmeüberträgern (5, 11), bzw. deren Abschrägungen (19a, 19b), und hält so den Anpressdruck auch dann aufrecht, wenn die Wärmeüberträger (5, 11) aufgrund der mechanischen Belastung des Fahrwegelement (3) selbst mechanisch belastet werden und sich in gewissen Grenzen bewegen.
  • Vorzugsweise hat die Temperiereinheit (1) eine Länge von 0,1 m bis 10 m, insbesondere von 0,5 m bis 6,0 m. Die Länge der Temperiereinheit (1), d.h. die Länge der Wärmeüberträger (5, 11), orientiert sich an herkömmlichen elektrischen Heizelementen aus dem Stand der Technik. Somit ist bei bestehenden Anlagen von Fahrwegelementen (3) eine einfache Projektierung über bereits vorhandene Bestückungslisten für elektrische Heizelemente der Fahrwegelemente (3) möglich.
  • Die Temperiereinheit (1), bzw. die Wärmeüberträger (5, 11), sind in einer Weiterbildung der Erfindung modular ausgeführt. D.h., insbesondere die Wärmeüberträger (5, 11) werden vorkonfektioniert in unterschiedlichen, häufig benötigten Längen hergestellt. Hierdurch ist eine effektivere industrielle Herstellung der Einzelteile möglich.
  • Abhängig von der Art des Fahrwegelements (3), möglichen Sonderbauarten oder dem vorhandenen Platz können die vorkonfektionierten Einzelteile, insbesondere die Wärmeüberträger (5, 11), vor Ort anhand des konkreten Fahrwegelements (3) individuell angepasst, vor allem gekürzt oder ausgeschnitten, werden, beispielsweise bei an dem Fahrwegelement (3) vorhandenen Laschen, Schrauben o.ä.. Hier wäre eine feste Anschlusseinrichtung an den Enden der Wärmeüberträger (5, 11) nicht zweckmäßig, da diese beim vorstehend genannten Kürzen oder Ausschneiden wegfallen würde. Erfindungsgemäß werden daher Anschlüsse bevorzugt, die mit den einfachen stirnseitigen Öffnungen verbunden werden können.
  • Um die Temperierwirkung der erfindungsgemäßen Temperiereinheit (1) weiter zu verbessern, umfasst diese ferner zumindest ein Dämmelement. Das Dämmelement ist insbesondere ein zweiteiliges Dämmelement, bei dem das erste Dämmelement die dem Fahrwegelement (3) abgewandten Flächen sowie die Auflageflächen (19) der Wärmeüberträger (5, 11) überdeckt und das zweite Dämmelement einen unteren Bereich des Fahrwegelements (3) und eine senkrechte Außenfläche des ersten Dämmelements überdeckt.
  • Ein Dämmelement, wie es gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann, ist in DE 10 2011 1900 079 A1 beschrieben. Obwohl Dämmelemente aus dem Stand der Technik prinzipiell bekannt sind, ermöglicht das Dämmelement nach der vorliegenden Erfindung zumindest eine teilweise Wiederverwendung vorhandener Dämmelemente beim Umrüsten von elektrischen Heizsystemen auf die erfindungsgemäße Temperiereinheit (1).
  • Bevorzugt ist das Dämmelement aus einem wärmedämmenden Material, insbesondere aus Polypropylen gebildet. Es können auch andere Materialien, mit denen eine hohe Stabilität und gute Wärmedämmung erreicht wird, verwendet werden.
  • Insbesondere kann ein erstes Dämmelement dazu dienen, die Wärmeüberträger (5, 11) vorläufig am Fahrwegelement (3) zu fixieren, bevor eine endgültige Montage durch die Befestigungsvorrichtung (15) erfolgt. Das zweite Dämmelement dient vor allem dazu, zwischen den einzelnen Befestigungsvorrichtungen (15) entlang des Fahrwegelements (3) die Dämmung insgesamt zu verbessern.
  • Das erste Dämmelement und das zweite Dämmelement sind dabei so geformt, dass sie zueinander parallel liegend an einem Fahrwegelement (3) montiert werden können, so dass im montierten Zustand das zweite Dämmelement einen seitlichen unteren Endbereich des Fahrwegelements (3) formschlüssig umfasst und sich in Längsrichtung entlang des Fahrwegelements (3) erstreckt. Dabei ist das erste Dämmelement in dem Bereich des Abstands zwischen dem zweiten Dämmelement und dem Fahrwegelement (3) angeordnet und wird mittels des zweiten Dämmelements an dem Fahrwegelement (3) gehalten. Die Dämmelemente bestehen vorzugesweise aus einem stabilen und wärmedämmenden Material. Durch das zweite Dämmelement wird unter anderem eine einfache Montage sowohl der Wärmeüberträger (5, 11) wie auch des ersten Dämmelements ermöglicht.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft in einem weiteren Aspekt ein System (101) zum Temperieren von Fahrwegelementen (3). Dieses System (101) umfasst zumindest eine erfindungsgemäße Temperiereinheit (1), wie sie vorstehend beschrieben wurde, zumindest eine Temperiervorrichtung zum Temperieren des Temperiermediums und ein Leitungssystem zur Zuführen des Temperiermediums von der Temperiervorrichtung zu der Temperiereinheit (1) und zum Abführen des Temperiermediums aus der Temperiereinheit (1) in die Temperiervorrichtung .
  • Das System (101) zeigt im Wesentlichen die gleichen Vorteile wie die darin umfasste Temperiereinheit (1). Insbesondere werden durch das System (101) zunächst sehr geringe Wärmeübertragungsverluste zwischen dem Temperiermedium und dem Fahrwegelement (3) erreicht, die auch bei großen Fertigungstoleranzen des Fahrwegelements (3) und bei möglicher Verformung des Fahrwegelements (3) und über die gesamte Nutzungsdauer erhalten bleiben.
  • Das System (101) zeigt als Ganzes eine größtmögliche Flexibilität gegenüber mechanischen Verformungen beim Betrieb des Fahrwegelements (3). Wie vorstehend beschrieben, können sich die Wärmeüberträger (5, 11) selbst in gewissen Grenzen verformen und führen so nicht zu einer Aussteifung des Fahrwegelements (3).
  • Ein weiterer Vorteil besteht, wie bei der Temperiereinheit (1), in der einfachen und leichten Montage, bzw. Demontage, des Systems (101). Neben den vorstehend beschriebenen Wärmeüberträgern (5, 11) sind auch alle Einzelteile des Leitungssystem zwar vorkonfektioniert, können aber vor Ort den Gegebenheiten angepasst werden. Aufgrund der Modularität des Systems (101) und der untereinander abgestimmten Komponenten wird nur eine geringe Anzahl an Werkzeugen benötigt.
  • Eine erfindungsgemäße Temperiervorrichtung ist dazu ausgelegt, das Temperiermedium zu erwärmen oder zu kühlen, wobei die hierzu notwendige Energie aus unterschiedlichen Quellen stammen kann. Soll das System (101) beispielsweise zum Beheizen eines Fahrwegelements (3) eingesetzt werden, wird das Temperiermedium auf eine vorgegebene Vorlauftemperatur erwärmt, beispielsweise auf 40 °C. Alternativ kann die Temperatur des Temperiermediums relativ zur Umgebungstemperatur geregelt werden, beispielsweise auf 10 °C über der Umgebungstemperatur, mindestens jedoch auf + 8 °C.
  • Eine weitere Alternative ist im Falle einer geothermischen Heizvorrichtung als erfindungsgemäße Temperiervorrichtung deren künstliche und/oder die zusätzliche Speicherung von Energie in der geothermischen Heizvorrichtung. Dazu wird die Energierichtung des Systems umgekehrt, d.h. erwärmtes Temperiermedium erwärmt unter Umgehung der Wärmepumpe die Sole in der geothermischen Heizvorrichtung, wobei die Erwärmung durch die Temperiervorrichtung und/oder durch andere Einrichtungen, zum Beispiel solar, erfolgt.
  • Die Wärmeüberträger (5, 11) des Systems (101) werden untereinander und mit der Temperiervorrichtung über das Leitungssystem verbunden. Bei der Auslegung der Wärmeüberträger (5, 11) wurde darauf geachtet, für eine Verringerung der Wärmeübertragungsverluste möglichst wenige Wärmeübergänge zu schaffen. So ist die Leitung durch die Wärmeüberträger (5, 11) als durchgehender Hohlraum, insbesondere rund, ausgestaltet. Da die Wärmeüberträger (5, 11) ferner individuell kürzbar ausgestaltet sind, verfügen Sie an den Stirnseiten nicht über Anschlusseinrichtungen für Leitungen, wie Flansche, Gewinde etc.. Es wird daher ein Leitungssystem vorgesehen, bei dem die einzelnen Zu- und Ableitungen (31 a, 31 b) für das Temperiermedium mit Kupplungen versehen sind, welche einfach mit den stirnseitigen Öffnungen der Wärmeüberträger (5, 11) mit diesen verbunden werden können und so die Hohlräume (7, 15) anschließen. Mit dieser Maßnahme wird die Montage des Systems (101) weiter erleichtert.
  • Das Leitungssystem ist insbesondere aus Edelstahlwellrohren gebildet und umfasst ferner einen Steckanschluss mit oder ohne Entlüfter. Das Leitungssystem kann ferner ein Anschlussprofil, beispielsweise aus Aluminium, aufweisen. Zweckmäßigerweise ist das Leitungssystem wärmeisoliert.
  • Die Verbindung zwischen den Wärmeüberträgern (5, 11) und dem Leitungssystem kann über Klemmkupplungen mit Rohrstutzen erfolgen. Zudem kann die Entlüftung an jedem Wärmeübertrager (5,11) über einen Steckanschluss mit oder ohne Entlüfter erfolgen. Die Wärmeüberträger (5, 11) können untereinander ebenfalls über Klemmkupplungen mit angepressten Edelstahlwellrohr miteinander verbunden werden.
  • Am Ende eines oder einer Reihe von Temperierelementen (1) zur Führung und Leitung des Temperiermediums kann eine Umlenkung und am anderen Ende des einen oder einer Reihe von Temperierelementen (1) kann eine Anschlussgruppe angeordnet sein. Alle Anschlüsse sind lösbar ausgeführt, so dass eine einfache Instandhaltung möglich ist.
  • Alternativ kann nach dem Ablängen der Wärmeüberträger (5, 11) vor Ort beispielsweise ein Gewinde in die stirnseitigen Öffnungen geschnitten werden, so dass die Wärmeüberträger (5, 11) mittels Gewindemuffen und Schraubanschluss verbunden werden können.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Fahrwegelement (3) eine Fahrwegweiche (201). Zu den Fahrwegweichen (201) werden im Sinne der vorliegenden Erfindung einfache Weichen, Rückfallweichen, Kreuzungsweichen und doppelte Kreuzungsweichen gezählt.
  • Die vorstehend genannten Vorteile des Systems (101) kommen besonders bei Fahrwegweichen (201) zur Geltung, da ein Einfrieren der beweglichen Teile oder deren Blockieren durch eingedrungenen Schnee und Eis effektiv verhindert wird.
  • Um eine möglichst große Wirtschaftlichkeit zu erreichen und die benötigte Energie soweit es geht regenerativ und damit ökologisch verträglich zu erzeugen, ist es vorteilhaft, wenn die Temperiervorrichtung eine geothermische Heizvorrichtung ist.
  • Die Auswahl der geothermischen Heizvorrichtung richtet sich nach den jeweiligen örtlichen Gegebenheiten. Eine bevorzugte Variante ist die Verwendung einer U-Rohr-Sonde mit Wärmepumpe. Mit dieser Variante wird die Erdwärme mit einer U-Rohr-Sole-Erdwärmesonde mit Hilfe einer Zirkulationspumpe nach oben transportiert. Der Sole wird von einer Wärmepumpe die Wärme entzogen. Mit der Wärmepumpe wird die Energie mit niedriger Temperatur auf ein höheres Temperaturniveau gebracht und in den Heizkreislauf übergeben, der ebenfalls mit einer weiteren Zirkulationspumpe die Energie über die Temperiereinheiten (1) an die Fahrwegelemente (3) transportiert und diese dort erwärmt.
  • Eine weitere bevorzugte Variante ist der Einsatz von Direktverdampfersonden. Diese Variante nutzt die Latentwärme eines Kältemittels durch seinen Phasenwechsel aus. Die geothermische Heizvorrichtung besteht im Wesentlichen aus einem geschlossen Rohrsystem mit Kältemittel, welches durch die Erdwärme verdampft. Die Bohrung der Erdwärmesonde wird als geschlossenes Rohr eingebracht. Dieses Rohr wird über Leitungen mit einem Verdichter und Expansionsventil mit den Temperiereeinheiten (1) der Fahrwegelemente (3) verbunden.
  • Die vorstehend bereits genannte Druckschrift In WO 2013/037 635 A1 beschreibt unter anderem auch eine Heizung für Gleitstühle und Verschlussfächer. Nachteilig an dieser technischen Lösung ist, dass sie an der Weichenspitze, vor allem im Bereich des Verschlussfachs, aufgrund des geringen Abstandes zwischen Backenschiene und Zungenschiene technisch nicht realisierbar ist. Ferner ist als Heizung für den Gleitstuhl ein zwischen einer Gleitstuhlplatte und einer Grundplatte angeordnetes Heizelement vorgesehen. Nachteilig hieran ist, dass für diese technische Lösung spezielle Gleitstühle erforderlich sind. Damit müssen zur Umsetzung der in WO 2013/037635 A1 vorgestellten technischen Lösung alle Gleitstühle einer Weiche ausgetauscht werden, was mit großem Aufwand und hohen Kosten verbunden ist. Ein einfaches Nachrüsten ist nicht möglich.
  • Um diese Nachteile zu überwinden, kann das erfindungsgemäße System (101) ferner zumindest eine Temperiereinrichtung (103) umfassen, welche einen flächigen Wärmeleitkörper (105) mit zumindest einer wärmeleitend daran angebrachten Leitung (107) umfasst, wobei der flächige Wärmeleitkörper (105) eine Aussparung (109) und parallel dazu zwei Abkantungen (111 a, 111b) aufweist. Dabei kann die Leitung (107) sowohl auf dem flächigen Wärmeleitkörper (105) als auch unter diesem angebracht sein.
  • Die flächige Temperiereinrichtung (103) ist insbesondere eine Gleitstuhlheizung, wie sie nachstehend näher definiert wird.
  • Das erfindungsgemäße System (101) kann zu den vorstehend genannten Elementen ferner eine flächige Temperiereinrichtung (113) aufweisen, welche einen Wärmeleitkörper (115) mit zumindest einer wärmeleitend daran angebrachten Leitung (111) umfasst. Dabei kann die Leitung (111) sowohl auf dem Wärmeleitkörper (115) als auch unter diesem angebracht sein.
  • Die flächige Temperiereinrichtung (113) ist insbesondere eine Verschlussfachheizung, wie sie nachstehend näher definiert wird.
  • Durch das Vorsehen der Temperiereinrichtung (103) und/oder der flächigen Temperiereinrichtung (113) werden die vorstehend im Zusammenhang mit dem Fahrwegelement (3) genannten Vorteile auf das gesamte System (101) ausgedehnt. Insbesondere wird ein integriertes System geschaffen, mit dem alle kritischen Bereiche eines Fahrwegelement (3) temperiert werden können.
  • In einer Weiterbildung des Systems (101) sind eine oder mehrere Temperiereinheiten (1) über ein Durchflussregelventil und ein Absperrventil an das Leitungssystem angeschlossen.
  • Ferner können ein oder mehrere Temperiereinheiten (1) über einen Druckwächter und/oder einen Durchflusswächter zur Überwachung der Temperiereinrichtung (113) an das Leitungssystem angeschlossen sein
  • Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von die Erfindung nicht einschränkenden Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Es zeigen:
    • Figur 1
    eine schematische Darstellung einer Fahrwegweiche 201 nach dem Stand der Technik,
    Figur 2a
    einen schematischen Querschnitt einer Backenschiene 203, 205 im Bereich, in dem die Zungenschiene 207, 209 anliegt,
    Figur 2b
    einen schematischen Querschnitt einer Zungenschiene 207, 209 im Bereich ihrer Spitze,
    Figur 3
    eine schematische Darstellung von Wärmeüberträgern 5, 11 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
    Figur 4
    eine schematische Darstellung von Wärmeüberträgern 5, 11 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
    Figur 5
    eine schematische Darstellung einer Befestigungsvorrichtung 15 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
    Figur 6
    eine schematische Darstellung des Systems 101 mit der Anordnung von Wärmeüberträgern 5, 11 mittels einer Befestigungsvorrichtung 15 an einer Schiene und
    Figur 7
    eine schematische Darstellung einer Temperiereinrichtung 103 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Nachfolgend wird die erfindungsgemäße Temperiereinheit 1 in der Ausführungsform einer Weichenheizung beschrieben. Neben dem Beheizen von Fahrwegelementen 3, wie Weichen oder Kreuzungen, kann die vorliegende Erfindung auch auf das Kühlen dieser Fahrwegelemente 3 angewandt werden, beispielsweise um bei hohen Umgebungstemperaturen ein Verziehen oder Verwerfen der Fahrwegelemente 3, insbesondere von Schienen, zu verhindern. Außerdem kann bei warmen Umgebungstemperaturen Energie in einer geothermischen Heizvorrichtung gespeichert werden und damit deren Kapazität erhöht bzw. nach einer Heizperiode schnell wieder regeneriert werden.
  • Im Bereich der Deutschen Bahn AG werden heute im Wesentlichen drei Profiltypen verwendet. Mit 49 kg/m ist das S 49-Profil das leichteste und war das Regelprofil der Deutschen Reichsbahn und ihrer Nachfolger von 1922 bis 1963. Es ist heute noch auf vielen Strecken vorhanden, wird aber nur noch für weniger belastete Gleise eingebaut. Das Standardprofil S 54 mit 54 kg/m findet man auf Hauptstrecken und auf Bahnhofsgleisen. Es war ab 1963 das Regelprofil der Deutschen Bundesbahn. Das UIC 60-Profil wiegt 60 kg/m und wird seit 1970 in der Regel für hochbelastete Strecken verwendet, u.a. für hohe Geschwindigkeiten. Das von der UIC genormte Profil UIC 54 ist dem deutschen Profil S 54 vergleichbar und wird vor allem im europäischen Ausland eingesetzt.
  • Im Netz der Deutschen Reichsbahn der DDR wurde für hohe Lasten das aus der UdSSR importierte Profil R 65 mit 65 kg/m eingebaut. Das dem deutschen S 49 vergleichbare Profil R 50 wurde dagegen vor allem in Straßenbahnnetzen eingesetzt. In den USA wird das 140-RE-Profil (70 kg/m) für stark belastete Strecken verwendet.
  • Für Weichen wird möglichst dasselbe Schienenprofil wie für die anschließenden Gleise verwendet, bei unterschiedlicher Belastung beider Stränge das des höher belasteten. Die Weichenzungen bei Weichen deutscher Bauart werden aus besonderen, asymmetrischen und in der Höhe verringerten Zungenschienenprofilen hergestellt.
  • In Figur 1 wird zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung schematisch der Aufbau einer Fahrwegweiche 201 erläutert. Die Fahrwegweiche 201 umfasst eine gerade Backenschiene 203 für den geradeaus fahrenden Verkehr und eine gebogene Backenschiene 205 für den abbiegend fahrenden Verkehr. Der geraden Backenschiene 203 ist eine gebogene Zungenschiene 207 und der gebogenen Backenschiene 205 ist eine gerade Zungenschiene 209 zugeordnet. Die Zungenschienen 207, 209 können auf Gleitstuhlplatten 211 verschoben werden, wobei die Gleitstuhlplatten 211 fest mit den Weichenschwellen 213 verbunden sind. In der jeweiligen Ruheposition werden die Zungenschienen 207, 209 an ihrer Spitze mittels eines Verschlusses 215 arretiert, der in einem (hier nicht explizit dargestellten) Verschlussfach untergebracht ist.
  • Schematische Darstellungen der Backenschiene 203, 205 und der Zungenschiene 207, 209 werden in den Figuren 2a und 2b gegeben. Die Backenschiene 203, 205 kann dabei in Schienenkopf 301, Schienensteg 303 und Schienenfuß 305 eingeteilt werden. An der der die Zungenschiene 207, 209 zugewandten Seite ist am Schienenkopf 301 eine Flanke 301 a ausgebildet. Im Bereich ihrer Spitze weist die Zungenschiene 207, 209 einen Kopfbereich 307, einen Stegbereich 310 und einen Fußbereich 309 auf.
  • Der Querschnitt insbesondere der Zungenschienen 207, 209 ist über deren Länge unterschiedlich. Im Bereich des Verschlusses 215 weisen die Zungenschienen 207, 209 im Wesentlichen nur einen Schienenfuß 309, einen in der Höhe reduzierten Schienensteg 310 und einen geschwächten Schienenkopf 307 auf, damit der Lauf eines Spurkranzrades von den Backenschienen 203, 205 auf die Zungenschienen 207, 209 kontinuierlich durchgeführt werden kann. Mit zunehmender Länge (von deren Spitzen aus betrachtet) bilden die Zungenschienen 207, 209 dann einen vollen Schienensteg 310 und auch einen vollen Schienenkopf 310 aus, um schließlich in den Querschnitt einer normalen, vollständigen Schiene überzugehen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Weichenheizungssystem 101 zur Erwärmung von Weichen 201 im Winter mittels flüssigem Temperiermedium vorgestellt. Dabei ist ein Wärmeüberträger 5, 11 jeweils mit einer Backenschiene 203, 205 und/oder einer Zungenschiene 207, 209 über eine federnd bewegliche Befestigungsvorrichtung 15 mit der Backenschiene 203, 205 bzw. der Zungenschiene 207, 209 formschlüssig verbunden.
  • Die Wärmeüberträger 5, 11 bestehen vorzugsweise aus Aluminiumprofilen mit einem runden Innendurchmesser für Vor- und Rücklauf des Temperiermediums und einem an der der Schiene zugewandten Seiten entsprechend dem Schienenprofil und an der der Schiene abgewandten Seiten mit Auflageflächen 19 für die Befestigungsvorrichtung 15 zum Andrücken an die Schienen.
  • Wie in Figur 6 dargestellt wird, kann der Wärmeüberträger 5 an einer Backenschiene 203, 205 zwischen Schienenkopf 301 und oberem Teil des Schienensteges 303 und der Wärmeüberträger 11 zwischen Schienenfuß 305 und unteren Teil des Schienensteges 303 angelegt werden. Zum Anlegen bzw. Andrücken dient eine in Figur 5 schematisch dargestellte Befestigungsvorrichtung 15, die ihrerseits an der Schiene, spezieller am Schienenfuß 305, kraftschlüssig befestigt ist.
  • Zur Befestigung sind insbesondere Auflageflächen 19 mit einem Winkel von ca. 45° gegenüber der Vertikalen zwischen den Wärmeüberträgern 5, 11 und der Befestigungsvorrichtung 15 vorgesehen, durch welche die Wärmeüberträger 5, 11 in die Rundungen zwischen Schienensteg 303 und Schienenkopf 301 bzw. Schienenfuß 305 gedrückt werden. Dadurch weisen sie einen von der Toleranz der Schiene unabhängigen gleichmäßigen Flächenkontakt auch während des Fahrverkehrs und den damit verbundenen Durchbiegungen der Schienen auf.
  • Figur 4 stellt schematisch die erfindungsgemäße Ausführungsform für eine Zungenschiene 207, 209 dar. Der Wärmeüberträger 5 an einer Zungenschiene 207, 209 kann an der senkrechten Fläche am Zungenschienensteg 310 und der Wärmeüberträger 11 kann an der waagerechten Fläche am Zungenschienenfuß 309 mit gegenseitigen Berührungsflächen im Winkel von ca. 45° gegenüber der Vertikalen über eine federnd ausgeführte Befestigungsvorrichtung 15 angebracht werden, so dass im Winkel von ca. 45° beide Wärmeüberträger 5, 11 in die Rundung zwischen Zungenschienenfuß 309 und Zungenschienensteg 310 gedrückt werden. Sie werden untereinander über Abkantungen an einem mit der Befestigungsvorrichtung 15 verbundenen Andruckelement 37 zusammengehalten. Sie weisen dadurch einen von der Toleranz der Zungenschienenkontur unabhängigen gleichmäßigen Flächenkontakt auf.
  • Die Befestigung der Wärmeüberträger 5, 11 an einem Fahrwegelement 3 erfolgt formschlüssig über eine Befestigungsvorrichtung 15, bestehend aus Klemmbügel 33, Klemmkopf 35, Spannschraube 39 und Federelement 25 am Schienenfuß 305, wie in Figur 5 schematisch dargestellt wird. An der Befestigungsvorrichtung 15 für die Backenschiene 203, 205 ist in Höhe der waagerechten Symmetrieachse des Schienenstegs 303 ein Federelement 25 mit einem Andruckelement 37 angeordnet. Nach der Montage des ersten Dämmelements durchdringt das Andruckelement 37 das erste Dämmelement und drückt auf die Auflageflächen 19 der Wärmeüberträger 5, 11. Das Andruckelement 37 hat bevorzugt eine U-förmige Kontur mit schrägen Außenflächen, vorzugsweise ca. 45° gegen die Vertikale und damit winkelkonform zur Auflagefläche 19 der Wärmeüberträger 5, 11 um über die Auflageflächen 19 der Wärmeüberträger 5, 11 keilförmig auf die Wärmeüberträger 5, 11 zu wirken, so dass diese mit optimaler Kontaktfläche an dem Fahrwegelement 3 anliegen. In einer speziellen Ausführungsform ist das Andruckelement 37 als metallische Krampe ausgebildet. Diese Krampe wird bei der Montage, vorzugsweise von Hand, durch das erste Dämmelement geschlagen, bis seine schrägen Außenflächen in die Abschrägungen 19a, 19b der Wärmeüberträger 5, 11 eingreifen. Anschließend wird das Federelement 25 an die Rückseite der Krampe angelegt und durch das Festziehen der Befestigungsvorrichtung 15 mit einer Federspannung beaufschlagt. Die Anordnung der Befestigungsvorrichtung 15 an einer Backenschiene 203, 205 wird in Figur 6 schematisch dargestellt. Figur 6 zeigt mit Ausnahme der Dämmelemente und des Leitungssystems das System 101.
  • Zum Anbringen des zweiten Dämmelements und zu dessen Fixieren an der Schiene ist eine Befestigungsklemme vorgesehen. Diese ist vorzugsweise so ausgestaltet und an das Außenprofil des zweiten Dämmelements angepasst, dass sie in einem vorgespannten Zustand an das zweite Dämmelement anbringbar ist. Aufgrund der Vorspannung der Befestigungsklemme kann das zweite Dämmelement beim Anbringen an die Schiene mittels eines Einschnappens der Befestigungsklemme am Schienenfuß 305 an der Schiene fixiert werden.
  • Bevorzugt hat das zweite Dämmelement an seiner Unterseite eine Länge, die einem Abstand zwischen zwei Schwellen 213 entspricht. Weiter bevorzugt weist das erfindungsgemäße Dämmungelement 27 mehrere erste Dämmelemente auf, die im montierten Zustand über die gesamte temperierte Schienenlänge aneinandergereiht angeordnet sind.
  • Wie vorstehend bereits ausgeführt, überwindet die vorliegende Erfindung spezielle Nachteile des in WO 2013/037 635 A1 beschriebenen Standes der Technik. Demgegenüber erfolgt die Beheizung der Gleitstühle gemäß der vorliegenden Erfindung über waagerecht angeordnete Temperiereinrichtungen 103, vorzugsweise aus einem gut wärmeleitfähigen Blech gefertigt, die im Bereich der höher liegenden Gleitfläche für die Zungenschiene 207, 209 über eine Aussparung 109 verfügt. Das heißt, die Temperiereinrichtung 103 ist in der Größe des Gleitstuhls freigeschnitten und weist folglich eine U-Form auf. Damit kann die erfindungsgemäße Temperiereinrichtung 103 bei bestehenden Gleitstühlen nachträglich eingebaut werden, ohne dass Änderungen daran notwendig sind. Die Temperiereinrichtung 103 weist parallel zu der Aussparung, d.h. parallel zur Ausrichtung der Schwellen 213, Abkantungen 111 a, 111 b auf, die mit einem Winkel von 30° bis 60°, insbesondere 45°, gegenüber der Horizontalen nach unten weisen. Damit wird die Temperiereinrichtung 103 in drei Bereiche aufgeteilt. An den Abkantungen 111 a, 111b ist wärmeleitend eine Leitung 107 für den Vor- und Rücklauf des Temperiermediums angebracht. Durch den Wärmeübergang von dem Temperiermedium über die Leitung 107 und die Temperiereinrichtung 103 kann der damit thermisch in Kontakt stehende Gleitstuhl 211 temperiert werden. Dabei kann die Leitung 107 auf oder unter dem flächigen Wärmeleitkörper 105 angebracht sein.
  • Die Beheizung der Verschlussfächer erfolgt erfindungsgemäß über eine flächige Temperiereinrichtung 113, die vorzugsweise aus einem gut wärmeleitfähigen Blech gefertigt ist. Der Wärmeleitkörper 115 der flächigen Temperiereinrichtung 113 ist nicht abgekantet, sondern im Wesentlichen flach, so dass er in waagerechter Anordnung liegend auf den Schotterbett unter das Verschlussfach geschoben werden kann. Auch die Temperiereinrichtung 113 weist wärmeleitend am Wärmeleitkörper 115 angebrachte Leitungen 117 für den Vor- und Rücklauf des Temperiermediums auf. Dabei kann die Leitung 117 auf oder unter dem Wärmeleitkörper 115 angebracht sein.
    • Bezugszeichen
    • 1
    Temperiereinheit
    3
    Fahrwegelement
    5
    erster Wärmeüberträger
    7
    durchgehender Hohlraum im ersten Wärmeüberträger
    11
    zweiter Wärmeüberträger
    13
    durchgehender Hohlraum im zweiten Wärmeüberträger
    15
    Befestigungsvorrichtung
    19
    Auflagefläche
    19a
    Abschrägung
    19b
    Abschrägung
    21
    Unterseite des ersten Wärmeüberträgers
    23
    Oberseite des zweiten Wärmeüberträgers
    25
    Federelement
    33
    Klemmbügel
    35
    Klemmkopf
    37
    Andruckelement
    39
    Befestigungsmittel
    101
    System
    103
    Temperiereinrichtung
    105
    flächiger Wärmeleitkörper
    107
    Leitung
    109
    Aussparung
    111a
    Abkantung
    111b
    Abkantung
    113
    flächige Temperiereinrichtung
    115
    Wärmeleitkörper
    117
    Leitung
    201
    Fahrwegweiche
    203
    Backenschiene
    205
    Backenschiene
    207
    Zungenschiene
    209
    Zungenschiene
    211
    Gleitstuhlplatte
    213
    Weichenschwelle
    215
    Verschluss
    301
    Schienenkopf einer Backenschiene
    301a
    Flanke am Schienenkopf einer Backenschiene
    303
    Schienensteg einer Backenschiene
    305
    Schienenfuß einer Backenschiene
    307
    Schienenkopf einer Zungenschiene
    309
    Schienenfuß einer Zungenschiene
    310
    Schienensteg einer Zungenschiene

Claims (13)

  1. Temperiereinheit (1) für Fahrwegelemente (3), umfassend
    - einen ersten einstückigen Wärmeüberträger (5) aus einem wärmeleitfähigen Material, in dem ein durchgehender Hohlraum (7) zur Aufnahme eines Temperiermediums ausgebildet ist und der an beiden Endes des Hohlraums (7) jeweils eine stirnseitige Öffnung aufweist,
    - einen zweiten einstückigen Wärmeüberträger (11) aus einem wärmeleitfähigen Material, in dem ein durchgehender Hohlraum (13) zur Aufnahme eines Temperiermediums ausgebildet ist und der an beiden Endes des Hohlraums (7) jeweils eine stirnseitige Öffnung aufweist, und
    - zumindest eine Befestigungsvorrichtung (15) zum Befestigen des ersten Wärmeüberträgers (5) und/oder des zweiten Wärmeüberträgers (11) an dem Fahrwegelement (3),
    dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wärmeüberträger (5) und der zweite Wärmeüberträger (11) in zwei benachbarten Abschnitten des Fahrwegelements (3) anordenbar sind, so dass der erste Wärmeüberträger (5) über seine Länge vollständig vertikal über oder mit seitlichem Versatz diagonal über dem zweiten Wärmeüberträger (11) angeordnet ist, wobei der erste Wärmeüberträger (5) und der zweite Wärmeüberträger (11) mit bis zu 20 mm voneinander beabstandet sind.
  2. Temperiereinheit (1) nach Anspruch 1, wobei der erste Wärmeüberträger (5) und/oder der zweite Wärmeüberträger (11) auf der dem Fahrwegelement (3) zugewandten Seite ein Profil hat/haben, das zu dem Außenprofil des Fahrwegelements (3) zumindest teilweise komplementär ist, so dass zwischen dem Fahrwegelement (3) und dem ersten Wärmeüberträger (5) und/oder dem zweiten Wärmeüberträger (11) im Wesentlichen ein Formschluss besteht.
  3. Temperiereinheit (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Wärmeüberträger (5) und/oder der zweite Wärmeüberträger (11) auf der dem Fahrwegelement (3) abgewandten Seite Auflageflächen (19) für zumindest einen Teil der Befestigungsvorrichtung (15) aufweist/aufweisen.
  4. Temperiereinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Befestigungsvorrichtung (15) ein Federelement (25) aufweist, das so ausgebildet ist, dass es eine Federkraft in Richtung des Fahrwegelements (3) auf den ersten Wärmeüberträger (5) und/oder den zweiten Wärmeüberträger (11) ausübt.
  5. Temperiereinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Temperiereinheit (1) eine Länge von 0,1 m bis 10 m, insbesondere von 0,5 m bis 6,0 m hat.
  6. Temperiereinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Temperiereinheit (1) ferner zumindest ein Dämmelement aufweist.
  7. Temperiereinheit (1) nach Anspruch 6, wobei das Dämmelement ein zweiteiliges Dämmelement ist, wobei das erste Dämmelement die dem Fahrwegelement (3) abgewandten Flächen sowie die Auflageflächen (19) der Wärmeüberträger (5, 11) überdeckt und das zweite Dämmelement einen unteren Bereich des Fahrwegelements (3) und eine senkrechte Außenfläche des ersten Dämmelements überdeckt.
  8. System (101) zum Temperieren von Fahnrvegelementen (3), umfassend
    - zumindest eine Temperiereinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    - zumindest eine Temperiervorrichtung zum Temperieren des Temperiermediums und
    - ein Leitungssystem zur Zuführen des Temperiermediums von der Temperiervorrichtung zu der Temperiereinheit (1) und zum Abführen des Temperiermediums aus der Temperiereinheit (1) in die Temperiervorrichtung.
  9. System (101) nach Anspruch 8, wobei die Temperiervorrichtung eine geothermische Heizvorrichtung ist
  10. System (101) nach Anspruch 8 oder 9, ferner umfassend zumindest eine Temperiereinrichtung (103), welche einen flächigen Wärmeleitkörper (105) mit zumindest einer wärmeleitend daran angebrachten Leitung (107) umfasst, wobei der flächige Wärmeleitkörper (105) eine Aussparung (109) und parallel dazu zwei Abkantungen (111 a, 111 b) aufweist.
  11. System (101) nach einem der Ansprüche 8 bis. 10, ferner umfassend zumindest eine flächige Temperiereinrichtung (113), welche einen Wärmeleitkörper (115) mit zumindest einer wärmeleitend daran angebrachten Leitung (111) umfasst.
  12. System (101) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei eine oder mehrere Temperiereinheiten (1) über ein Durchflussregelventil und ein Absperrventil an das Leitungssystem angeschlossen sind
  13. System (101) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei ein oder mehrere Temperiereinheiten (1) über einen Druckwächter und/oder einen Durchflusswächter zur Überwachung der Temperiereinrichtung (113) an das Leitungssystem angeschlossen sind.
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