WO2009109664A1 - Weichenheizungssystem - Google Patents

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WO2009109664A1
WO2009109664A1 PCT/EP2009/052703 EP2009052703W WO2009109664A1 WO 2009109664 A1 WO2009109664 A1 WO 2009109664A1 EP 2009052703 W EP2009052703 W EP 2009052703W WO 2009109664 A1 WO2009109664 A1 WO 2009109664A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rail
heat
heating
tongue
web
Prior art date
Application number
PCT/EP2009/052703
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Funke
Tim Frenzel
Original Assignee
Tripe S Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tripe S Gmbh filed Critical Tripe S Gmbh
Priority to DK09717022.9T priority Critical patent/DK2260149T3/da
Priority to AT09717022T priority patent/ATE550492T1/de
Priority to EP09717022A priority patent/EP2260149B1/de
Priority to ES09717022T priority patent/ES2384602T3/es
Priority to PL09717022T priority patent/PL2260149T3/pl
Publication of WO2009109664A1 publication Critical patent/WO2009109664A1/de

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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

Definitions

  • the invention relates to a heating system for heating switch rails, in which a liquid-flow heating cable is in heat-conducting contact with a rail part with at least one wall and is connected to a pipe system which receives heat from a heat source via a circulating liquid and a corresponding assembly method ,
  • Turnouts are incorporated in track-guided traffic to branch railways, to turn sideways or swerve, to allow overtaking, to bypass sections, etc.
  • moving parts of a switch are moved back and forth, thus initiating a change of direction within tracks.
  • the effectiveness and cost-effectiveness of point heaters depends largely on the heat transfer between the heating cables and the switch parts to be heated.
  • the heat transfer from the heating cables to the switch parts is unsatisfactory in point heaters in which the radiator are pressed resiliently flat to the corresponding switch parts.
  • a self-curing plastic compound is applied, which is mixed with metal in powder form, for the purpose of achieving a good heat transfer.
  • the mass used should support the mechanical support of the radiator on the rail parts.
  • the radiators are pipes through which a heated fluid flows.
  • the tubes may be clamped with springs, and between them and the heated surfaces a self-hardening plastic mass enriched with aluminum, iron or similar thermally conductive metal powders is provided in order to achieve a good heat transfer.
  • a heating fluid eg. As linseed oil or glycerin, which has a high evaporation point and a low freezing point, pumped.
  • a heating device with a fastened on a rail side, frontally closed cover box which extends substantially between the rail head and rail and are arranged in the heating elements, which are provided with a heater provided outside the cover box keep in touch.
  • 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 of good heat conducting material, preferably aluminum.
  • the cover box against the rail head and the rail foot heat-insulated and sealed and is provided on its inside with a planteisoliermantel.
  • a heated pipe for heating the web of a rail of the switch is known, which is acted upon by an externally heated liquid.
  • EP 0247693 A1 it is known to heat the rail feet of the switch in the region of the tongue device from below by means of a special metal line block for heated liquids.
  • a heat-conducting device comprises a channel whose wall is in heat-conducting contact with a rail part and is connected to a line system that extends to a predetermined depth in the underground extends to draw from there via a circulating liquid heat or cold.
  • the piping system is equipped with a heat pump and a heat exchanger to transfer heat from the groundwater and increase the temperature of the liquid heating the rail.
  • the channels are made of sheet metal between the stock rail and tongue device mounted on the web of the stock rail and also on the foot of the tongue rail. The sheet metal can be welded to the rail, screwed or held with a clamp.
  • a heat-conducting paste can also be arranged between the channel and the rail, and the channel on the tongue rail can be thermally insulated from the outside air.
  • the arrangement between the stock rail and tongue rail is not optimal, since there is little space.
  • the attachment of the sheet metal channels also appears awkward.
  • the invention is based on the problem of optimizing the operation of point heaters by their assembly process and the system of heat transfer from the liquid line to the rail is simplified and made ready for serial production.
  • the solution initially comprises a heating system for heating switch rails and switch parts, in which a heating line through which liquid flows has at least one wall in heat-conducting contact with a rail part and is connected to a line system.
  • This heat which is passed through a heat exchanger in a separate circuit, usually via a heat pump, and heated to 40 ° - 80 °, is then fed to the switch.
  • geothermal heat can be used preferably.
  • Other economically interesting sources are groundwater, wastewater, surface water, warm air from rooms or plants with process heat, district heating, solar energy and the like.
  • At least one track rail, a tongue device should be designed such that a metallic fitting is contacted with the web on the outside and at least one receptacle for a heating line to be clamped is arranged on the side facing away from the web.
  • this fitting can also be used by both jaw rails both in the straight stock rail and in the curved stock rail.
  • the metallic fitting according to an embodiment of the invention has two receptacles for the flow or return of the heating cable, which are clamped there. This is particularly advantageous if the heating cable consists of round metal or plastic pipes, which are clamped in the appropriate receiving device.
  • the tongue rail can not be provided to the chamber closure with such a device, since in this part of the wheel flange of a wheel of the overrolling train could damage the molding. Therefore, the tongue rail is equipped with such a shaped piece only at a distance from the start of the switch, especially in the area in which the tongue rail has clearly formed a web.
  • the fitting is made of a thermally conductive metal, preferably made of aluminum and preferably also of a die-cast, i. be designed as such part.
  • Aluminum is known to have a high thermal conductivity and can be formed in a few seconds in die casting, so that it is suitable as a series part for the different switch parts.
  • a second solution has the goal that this molding together with flow and return of the heating cable from the outside is covered with insulating material or is covered.
  • the system should first be filled with foam and then a cover made of rubber-like material, for. B: a recycled material obtained. So that the fitting or the heating cables and the fitting is thermally insulated from the outside.
  • the foot of the stock rail can be equipped with a prefabricated part in which such a rubbery material is shaped so that it is pushed over the rail and itself anchored by correspondingly curved rubber flanks, while the inside of the U-shaped rubber part is filled with hard screws, so that the rail foot ultimately receives a prefabricated and in situ placeable rail foot insulation.
  • the tongue is not suitable for isolating your foot, as it has to be movable on the sliding chairs or wheelchairs.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a switch with its parts according to the prior art with details about the Applizêt of the invention
  • Figure 2 shows the scheme of geothermal energy at a switch
  • Figure 3 is a stock rail with the invention according to geothermal system
  • Figure 4 shows a stock rail according to Figure 3, but in view relative to the tongue device and the sliding chair.
  • Figure 5 shows a tongue rail slightly further away from the point beginning, as shown in Figure 4 on the tongue rail;
  • Figure 6 is a Schienenfußisoltechnik for a stock rail.
  • FIG. 7 is a side view of a switch in the region of
  • a tongue device consists of a straight stock rail 1 for the straight-ahead traffic and a curved stock rail 1 1 for the turning traffic. These two jaw rails 1, 1 1 is then associated with a curved tongue 2 and a straight tongue 12 and the tongues 2, 12 can be moved to the rib and Gleitstuhlplatten 3, which are firmly anchored on the switch sleepers 4, rolling or sliding. In their final position, the tongues 2, 12 are locked by the chamber tip closure 5. Both the straight and the curved tongue 2,12 have in the area of the KammerspitzenverInstitutes 5 only a pronounced foot, but no pronounced bridge or full rail head, since the transition of the wheel with the flanges to the track interior should be as continuous as possible. At some distance from the point beginning WA then the tongue 2, 12 forms a bridge and a rail head and then carries the entire load of the rim on its road.
  • the straight stock rail 1 and the curved stock rail 2 are provided on the outside with a heater, shown below using the example of a low-temperature heating supplied with geothermal energy, in particular in the area designated here by 7.
  • the curved tongue 2 and the straight tongue 12 should also be equipped with a heating at the web, at least in the region designated by 8, wherein the region 8 defines a region on the tongue rail 2, 12, in which the tongue rail 2, 12 already more pronounced foot-bridge-head formation has.
  • FIG. 2 shows the scheme of the geothermal application at the switch with the later to be described geothermal system, here, for example, well pipes or grounded pipes in loops as a heat source 25.
  • a vertical heat exchanger e.g. a depth probe, which is passed through the groundwater, is passed through an electrically operated heat pump 20, a second liquid which conducts the recovered heat to the heat exchanger 26 on the rail to a temperature of 40 ° C to 80 ° C, preferably Max. 60 ° C, can heat up.
  • the liquid is heated in the groundwater to 5 ° C to 10 ° C and the heat pump 20, which could also be operated with gas, then increases the temperature of the liquid in the heating pipes are fed to the rail.
  • the circuit in the heat pump 20 comprises, as is known, an evaporator 21, a compressor 22, a condenser 23 and an expansion valve 24.
  • FIGs 3, 4 show a configuration of the geothermal system on a stock rail.
  • a stock rail is designed asymmetrically in her head 41.
  • the rail head is with a flank 45 provided to which a correspondingly shaped tongue can invest.
  • the wheel flange of the wheel of a train is running.
  • the broad head with the roadway on it goes into the narrow web 42 and finally into the foot 43.
  • a fitting 30 preferably made of aluminum, the web 42 and parts of the rail foot 43 and rail head 41st contacted and held there first by means of a bonding heat transfer paste, at least during assembly.
  • the fitting 30 has two openings 31, 32, which are adapted to receive the supply line 24 and the return line 23 by the lines are clamped in this region of the molding 30.
  • the conduit system 23, 24 and the fitting 30 has been insulated by a Isolierschaum39, preferably by a rigid foam, after the heating cables are locked in the fitting 30.
  • the fitting may preferably also have ribs or lugs 33 and 34, so that the insulating foam 35 can be shaped well and these edges 33, 34 then ultimately for the application of a rubber cover layer 36, which is made of plastic granules or recycled rubber is suitable.
  • the attachment 44 is arranged on a sub-swelling, not shown, cheek rails 1 then with the aid of a clamping profile 37 which engages under the rail foot 43, so that the rubber cover layer 38 is held on the rail 43 and on the stock rail 1.
  • This attachment can also be done differently, in which z. B. the rail mounting 44 is equipped with a corresponding fitting that the rubber granules supported or the granules is adhered to the ribs 33 and 34 of the fitting.
  • the insulation 35 is optionally made in situ on the web 42, while it is preferably delivered prefabricated for the rail foot 43.
  • the stock rail 1 is shown in the situation opposite a tongue rail 47, which is held on a sliding chair 46 movable towards the stock rail 1.
  • the stock rail 1 can - at least in the threshold compartments - be provided with a Schienenfußisoltechnik consisting of an insulating foam 39 and a rubber elastic shell 38, the the insulation resiliently (37) on the rail foot 43 or on the outside of the stock rail 1 surrounds.
  • Such rail foot insulation can preferably be prefabricated separately in a factory.
  • FIG. 5 shows a tongue rail 2, 47 ' in a section which is slightly further away from the start of the turnout (WA).
  • a shaped piece 30 ' is arranged in the web area of the tongue rail 47 ' , the shaped piece being supported by lugs 33 ' on the rail head 41 ' and with the nose 34 ' on the rail foot 43 ' .
  • the bends of the lugs 33 ', 34' also serve to limit the space for the introduction of the insulating foam 35 ' and the placement of the rubber cover 36 ' .
  • the system can be held by a clamping profile 37 ' or glued using a thermally conductive paste in the rail chamber between the head and foot.
  • FIG. 6 once again shows the situation according to FIG. 4 with the rail foot insulation 38, 39 for the stock rail 1 in a single representation.
  • the rubber 38 has been designed so that it serves both as an open pan for receiving the Isolierschaumes 39 and with the upstanding ribs engage around the rail 43 and fasten it there by clamping.
  • FIG. 7 shows a side view of a supplement of the invention in the marked area of the point closure, a closure compartment heating.
  • This is a "lying radiator” 30 ', a fitting with clamped heating loop with flow and return 23, 24, which holds the closure areas ice-free .
  • the present system deals with the energetic optimization of heat conductors, as they are needed for the operation of liquid-supported point heating systems.
  • the training of the heat conductor takes into account different things at the same time: Profile freedom according to the railway operating regulations of Deutsche Bahn AG
  • the system according to the invention is to ensure ice and snow clearance by radiation to the moving side of the switch. Since the switch is movable in the horizontal axis of the tongue, it is clear that it is unnecessary to heat the area in the threshold compartment under the rail foot of the stock rail. For this purpose, an insulation is used, which should just limit these heat losses.
  • the individual components are fastened to the rail by means of a spring steel clamping profile. Due to the continuity of the fitting (the length is adapted to the respective type of turnout) a great stability and the minimization of the parts are given.
  • the heating cable is designed as a U-loop, flow and return, and if possible in one piece. It is cut off in the appropriate length and connected with crimp connections to the supply and return of the heating system; a loop is laid transversely in the lock compartment and optionally also guided along the base plates of the sliding chairs. As a result, the possible leaks of the heating cable are moved to an area that is accessible and controllable at all times.
  • the fittings just described can also be mounted on the rail without pipes; In order to be able to cover the area adjoining the switch with insulating material in situ, they serve as a support. Due to the uniformity of the rail, the fitting can be used for both sides of the rail.
  • the web on the rail corresponds to the constriction between the base plate 80 and the Gleitstuhlplatte here welded 81.
  • the constriction can be closed by plates 82; through the shown formed cavity 83, the heated by geothermal heating medium can be passed.
  • the cavities 83 are connected by a line, not shown. This line is preferably also thermally insulated and there coupled to the heating system.

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Abstract

Wärmesystem zur Beheizung von Weichenschienen, bei dem eine mit Flüssigkeit durchströmte Heizleitung (23, 24) mit mindestens einer Wand in Wärme leitendem Kontakt mit einem Schienenteil steht und mit einem Leitungssystem verbunden ist, das vorzugsweise vom Untergrund über eine zirkulierende Flüssigkeit Wärme bezieht sowie ein entsprechendes Montageverfahren. Vom Weichenanfang (WA) her wird die Backenschiene (1, 2) einer Zungenvorrichtung außenseitig am Steg (42) mit einem metallischen Formstück (30) kontaktiert, das an der dem Steg (42) abgewandten Seite vorzugsweise zwei Aufnahmen (31, 32) aufweist für den einzuklemmenden Vorlauf und den Rücklauf der Heizleitung (23, 24). Ebenso wird die Zungenschiene (11, 12) an der der Backenschiene (1, 2) abgewandten Seite und mit Abstand zum Weichenanfang (WA) ausgestattet.

Description

Weichenheizungssystem
Die Erfindung betrifft eine Wärmesystem zur Beheizung von Weichenschienen, bei dem eine mit Flüssigkeit durchströmte Heizleitung mit mindestens einer Wand in Wärme leitendem Kontakt mit einem Schienenteil steht und mit einem Leitungssystem verbunden ist, das von einer Wärmequelle über eine zirkulierende Flüssigkeit Wärme bezieht sowie ein entsprechendes Montageverfahren.
Weichen werden bei spurgeführten Verkehren eingebaut, um Schienenwege zu verzweigen, Nebengleise an- oder abzuschwenken, Überholstrecken zu ermöglichen, Teilabschnitte zu umfahren usw. Dabei werden bewegliche Teile einer Weiche hin und her bewegt, um somit eine Richtungsänderung innerhalb von Gleisen einzuleiten.
Die Deutsche Bahn AG und andere Bahnbetreiber haben eine große Anzahl von verschiedenen Weichen und Kreuzungen, um ihre Züge „lenkbar" zu machen. Allein die Deutsche Bahn AG hat über 78.000 Weichen und Kreuzungen. Davon sind ca. 64.000 Weichen beheizt. Es wichtig, diese Weichen mit einer möglichst hohen Verfügbarkeit vor zu halten. Funktionieren diese Weichen nicht ordnungsgemäß, so entstehen für den Betreiber unangemessen hohe Kosten durch Verspätungsminuten und Umleitungen bzw. Umfahrungen. Der reguläre Zugbetrieb wird gestört oder kommt schlimmsten Falls zum Erliegen. Insbesondere dort, wo Überholungsgleise zurückgebaut wurden, ist eine Umfahrung nur schwer möglich und die resultierende Beeinflussung entsprechend größer und unangenehmer für den Betreiber. Neben den entstehenden Kosten ist natürlich die Zufriedenheit der Kunden reduziert und es besteht weiterhin die Gefahr bei einer Häufung von Vorfällen dieser Art, Kunden an andere Verkehre zu verlieren, was tunlichst vermieden werden soll. Es gibt zwar Bestrebungen, wartungsintensive Weichen gegen wartungsarme zu ersetzen, doch bleiben die Heizungen und die Schmierstellen an Antrieben, Verschlüssen und Gelenken als Wartungspunkte erhalten. Außerdem muss man sich die Ersatzinvestitionen in enormer Größenordnung pro Weiche vorstellen, so dass dies wohl nur als langfristige Alternative angesehen werden kann und dementsprechend nur defekte Weichen durch solche getauscht werden. Eine Einhausung als Witterungsschutz kommt nicht in Frage, weder technisch noch wirtschaftlich.
Es gibt Weichenheizungen, die mit Heißwasser, heißem Dampf, Gas, elektrisch oder mit Wärmepumpen betrieben werden. Der Betrieb mit Heißdampf und Gas ist sehr gefährlich. Immer wieder kommt es zu folgeschweren Arbeitsunfällen beim Umgang mit dem Brennstoff. Die Wartung und Instandhaltung ist sehr aufwändig und kostenintensiv und deshalb für die Betreiber wenig erstrebenswert. Fakt ist neben dem erhöhten Gefährdungspotential aber auch, dass die Eis- und Schneefreihaltung mit den bekannten Systemen enorme Energie- und Wartungskosten verschlingt. Beispielhaft sei eine Weiche EW 49 500 1 :9 genannt (das ist der häufigste Typ), die bei elektrischem Betrieb so viel Heizenergie an Strom verbraucht, dass vergleichsweise ein Einfamilienhaus mit diesem Verbrauch ein Jahr versorgt werden könnte. Bei Gasbetrieb benötigt diese Weiche 3,3 Kg Propangas pro Stunde.
Aktuell werden Weichen überwiegend elektrisch beheizt, um die oben genannte Verfügbarkeit sicher zu stellen. Dementsprechend hoch ist der Energieverbrauch. Die politische Diskussion um die Verringerung von CO2- Ausstoß erschwert den Betreibern von Eisenbahninfrastrukturunternehmen den Betrieb weiter.
Die Wirksamkeit und Wirtschaftlichkeit von Weichenheizungen hängt maßgeblich ab vom Wärmeübergang zwischen den Heizleitungen und den zu beheizenden Weichenteilen. Der Wärmeübergang von den Heizleitungen auf die Weichenteile ist bei Weichenheizungen, bei denen die Heizkörper federnd flächig an die entsprechenden Weichenteile gedrückt werden, unbefriedigend. Aus der DE-Auslegeschrift 1277290 ist bekannt, zwischen den Heizkörpern und den zu beheizenden Flächen eine selbsthärtende Kunststoffmasse aufgetragen ist, die mit Metall in Pulverform versetzt ist, zum Zweck der Erzielung eines guten Wärmeüberganges. Zugleich soll die verwendete Masse die mechanische Halterung der Heizkörper an den Schienenteilen unterstützen. Bei den Heizkörpern handelt es sich um von einem geheizten Strömungsmittel durchflossene Rohrleitungen. Die Rohre können mit Federn festgeklemmt sein, und zwischen ihnen und den beheizten Flächen ist eine mit Aluminium, Eisen oder ähnlich wärmeleitenden Metallpulvern angereicherte selbsthärtende Kunststoffmasse vorgesehen, um einen guten Wärmeübergang zu erzielen. Durch die Rohre wird eine in einem Heizkessel stark erhitzte Flüssigkeit, eine Heizflüssigkeit, z. B. Leinöl oder Glyzerin, welches einen hohen Verdampfungspunkt hat und einen niedrigen Gefrierpunkt, gepumpt.
Aus der Druckschrift DE 202005021255 U1 und der EP 01645688 A2 ist eine Heizvorrichtung mit einem an einer Schienenseite befestigbaren, stirnseitig geschlossenen Abdeckkasten bekannt, der sich im wesentlichen zwischen Schienenkopf und Schienenfuß erstreckt und in dem Heizelemente angeordnet sind, die mit einer außerhalb des Abdeckkastens vorgesehenen Heizvorrichtung in Verbindung stehen. Die Heizelemente sind im Abdeckkasten durch zumindest zwei, ein flüssiges Heizmedium, vorzugsweise Wasser, führende Kanäle gebildet, die in einen dem Schienenprofil angepassten Körper aus gut wärmeleitendem Material, vorzugsweise Aluminium, eingebettet sind. Der Abdeckkasten gegen den Schienenkopf und den Schienenfuß wärmeisoliert und abgedichtet sowie an seiner Innenseite mit einem Wärmeisoliermantel versehen ist.
Aus der FR 2244053 A1 ist ein beheiztes Rohr zur Erwärmung des Steges einer Schiene der Weiche bekannt, das durch eine extern erwärmte Flüssigkeit beaufschlagt wird. Aus der EP 0247693 A1 ist bekannt, die Schienenfüße der Weiche im Bereich der Zungenvorrichtung von unten mittels speziellen metallenem Leitungsblock für geheizte Flüssigkeiten zu erwärmen.
Aus der DE 3037721 A1 ist ein Wärmerohr zu Ausnützung der Wärmekapazität von Erdreich bekannt, zur Ausnutzug der Wärmekapazität des Erdreichs. Es soll damit ein Einfrieren von Weichen, Hydranten, Wasserleitungen und ein Vereisen von Auffahrten, Brücken, Landebahnen und Straßen vermieden werden. Wie die Anwendung bei Weichen geschehen soll, ist nicht offenbart.
In der EP 1262597A2 sind ebenfalls ein Erdwärmesystem und ein Verfahren zur Beheizung von Weichenschienen offenbart, bei dem eine Wärmeleitungseinrichtung einen Kanal umfasst, dessen Wand in Wärme leitendem Kontakt mit einem Schienenteil steht und mit einem Leitungssystem verbunden ist, dass sich in eine vorbestimmte Tiefe im Untergrund erstreckt, um von dort über eine zirkulierende Flüssigkeit Wärme oder Kälte zu ziehen. Das Leitungssystem ist mit einer Wärmepumpe und einem Wärmetauscher ausgestattet, um Wärme vom Grundwasser zu übertragen und die Temperatur der die Schiene erwärmenden Flüssigkeit zu erhöhen. Bei den konkreten Ausführungsformen sind die Kanäle aus Blech zwischen Backenschiene und Zungenvorrichtung am Steg der Backenschiene angebracht und auch auf dem Fuß der Zungenschiene. Das Blech kann an der Schiene angeschweißt, geschraubt oder mit einer Klammer gehalten werden. Zwischen Kanal und der Schiene kann auch eine wärmeleitende Paste angeordnet und der Kanal auf der Zungenschiene zur Außenluft hin wärmeisoliert sein.
Die Anordnung zwischen Backenschiene und Zungenschiene ist nicht optimal, da dort wenig Raum ist. Die Anbringung der Blechkanäle erscheint ebenfalls umständlich. Von der letztgenannten Druckschrift ausgehend, liegt der Erfindung das Problem zugrunde, den Betrieb von Weichenheizungen zu optimieren, indem deren Montageverfahren und das System des Wärmeübergangs von der Flüssigkeitsleitung zur Schiene vereinfacht und serienreif gestaltet wird.
Das Problem wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 7 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den unselbständigen Ansprüchen erfasst.
Die Lösung umfasst zunächst ein Wärmesystem zur Beheizung von Weichenschienen und Weichenteilen, bei dem eine mit Flüssigkeit durchströmte Heizleitung mit mindestens einer Wand in Wärme leitendem Kontakt mit einem Schienenteil steht und mit einem Leitungssystem verbunden ist. Diese Wärme, die durch ein Wärmetauscher in einem separaten Kreislauf, in der Regel über eine Wärmepumpe, geleitet und auf 40°- 80° erwärmt wird, wird dann der Weiche zugeführt. Als Wärmequelle für den Primärkreislauf bis zur Wärmepumpe kann vorzugsweise Erdwärme Verwendung finden. Weitere wirtschaftlich interessante Quellen sind Grundwasser, Abwasser, Oberflächenwässer, warme Abluft aus Räumen oder von Anlagen mit Prozesswärme, Fernwärme, Solarenergie und ähnliches.
Die Weiche solle erfindungsgemäß vom gleichen Umfang her mindestens eine Bahnschiene, einer Zungenvorrichtung so gestaltet sein, dass außenseitig am Steg ein metallisches Formstück mit dem Steg kontaktiert ist und das an der dem Steg abgewandten Seite mindestens eine Aufnahme für eine einzuklemmende Heizungsleitung angeordnet ist. Dieses Formstück kann natürlich auch von beiden Backenschienen sowohl bei der geraden Backenschiene als auch bei der gebogenen Backenschiene angewendet werden. Vorzugsweise weist das metallische Formstück jedoch gemäß einer Ausbildung der Erfindung zwei Aufnahmen auf für den Vor- oder Rücklauf der Heizleitung, die dort eingeklemmt werden. Dies geht besonders vorteilhaft, wenn die Heizleitung aus rundem Metall- oder Kunststoffrohren besteht, die eingeklemmt werden in die entsprechende Aufnahmevorrichtung. Erfindungsgemäß kann auch die Zungenschiene an der der Backenschiene abgewandten Seite, aber mit Abstand zum Weichenanfang, mit dem Steg mit solchen Einrichtungen versehen werden, d.h. ein metallisches Formstück haben in das jeweils wieder eine Heizleitung eingeklemmt wird; auch dort, vorzugsweise der Vor- und Rücklauf übereinander angeordnet. Die Zungenschiene kann allerdings nicht bis zum Kammerverschluss mit einer derartigen Einrichtung versehen sein, da in diesem Teil der Spurkranz eines Rades des überrollenden Zuges den Formkörper beschädigen könnte. Daher wird nur mit Abstand vom Weichenanfang auch die Zungenschiene mit einem derartigen Formstück bestückt, insbesondere in dem Bereich in dem die Zungenschiene noch deutlich einen Steg ausgebildet hat.
Gemäß einer Ausprägung der Erfindung soll das Formstück aus einem wärmeleitenden Metall bestehen, vorzugsweise aus Aluminium und vorzugsweise auch aus einem Druckguss bestehen, d.h. als solches Teil gestaltet sein. Aluminium weist bekannter maßen eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf und lässt sich im Druckguss in wenigen Sekunden formen, so dass es als Serienteil geeignet ist für die verschiedenen Weichenteile.
In Weiterbildung der Erfindung hat eine zweite Lösung zum Ziel das dieses Formstück samt Vor- und Rücklauf der Heizleitung von Außen mit Isolierstoff überdeckt ist bzw. überdeckt wird. Vorzugsweise soll das System nach Verlegen der Heizleitungen mit dem Vor- und dem Rücklauf, die beide zum Weichenanfang zurückführen zunächst ausgeschäumt werden und sodann einen Deckmantel aus gummiartigem Material, z. B: einem Recyclingstoff, erhalten. Damit soll das Formstück bzw. die Heizleitungen und das Formstück wärmetechnisch nach außen isoliert werden.
In gleicher Weise kann auch der Fuß der Backenschiene mit einem vorgefertigten Teil ausgestattet sein, bei dem ein derartiges gummiartiges Material so geformt ist, dass es über den Schienenfuß geschoben wird und selbst sich verankert durch entsprechend gebogene Gummiflanken, während das Innere des U-förmigen Gummiteils mit Hartschrauben ausgefüllt wird, sodass der Schienenfuß letztendlich eine vorgefertigte und in situ platzierbare Schienenfußisolierung erhält. Die Zunge ist nicht für eine Isolierung ihres Fußes geeignet, da sie auf den Gleitstühlen oder Rollstühlen beweglich sein muss.
Die Erfindung soll im Folgenden anhand einiger Zeichnungen erläutert werden. Es zeigen
Figur 1 die schematische Darstellung einer Weiche mit ihren Teilen gemäß dem Stand der Technik mit Details über die Applizierung der Erfindung;
Figur 2 das Schema des Erdwärmeeinsatzes an einer Weiche mit
Wärmegewinnung durch eine Tiefensonde;
Figur 3 eine Backenschiene mit der Erfindung gemäß Erdwärmesystem;
Figur 4 eine Backenschiene gemäß Figur 3 jedoch in Darstellung relativ zur Zungenvorrichtung und dem Gleitstuhl;
Figur 5 eine Zungenschiene etwas weiter entfernt vom Weichenanfang, als dies in Figur 4 an der Zungenschiene dargestellt ist;
Figur 6 eine Schienenfußisolierung für eine Backenschiene.
Figur 7 eine Seitenansicht einer Weiche im Bereich des
Weichenverschlussfaches.
Eine Zungenvorrichtung besteht aus einer geraden Backenschiene 1 für den geradeaus verlaufenden Verkehr sowie einer gebogenen Backenschiene 1 1 für den abbiegenden Verkehr. Diesen beiden Backenschienen 1 ,1 1 ist dann eine gebogene Zunge 2 und eine gerade Zunge 12 zugeordnet und die Zungen 2, 12 können auf den Rippen- und Gleitstuhlplatten 3, die fest auf dem Weichenschwellen 4 verankert sind, rollend oder gleitend verschoben werden. In ihrer Endposition werden die Zungen 2, 12 durch den Kammerspitzenverschluss 5 arretiert. Sowohl die gerade als auch die gebogene Zunge 2,12 haben im Bereich des Kammerspitzenverschlusses 5 lediglich einen ausgeprägten Fuß, aber keinen ausgeprägten Steg oder vollen Schienenkopf, da hier der Übergang des Rades mit den Spurkränzen zum Gleisinneren möglichst kontinuierlich erfolgen soll. In einigem Abstand vom Weichenanfang WA bildet dann auch die Zunge 2, 12 einen Steg und einen Schienenkopf aus und trägt dann die gesamte Last des Radkranzes auf seiner Fahrbahn.
Erfindungsgemäß soll die gerade Backenschiene 1 und die gebogene Backenschiene 2 außenseitig mit einer Heizung, im Folgenden am Beispiel einer mit Erdwärme gespeisten Niedertemperaturheizung dargestellt, versehen werden, insbesondere im Bereich der hier mit 7 bezeichnet ist. Die gebogene Zunge 2 und die gerade Zunge 12 sollen mindestens in dem Bereich, der mit 8 bezeichnet ist, ebenfalls mit einer Heizung am Steg ausgestattet sein, wobei der Bereich 8 einen Bereich an der Zungenschiene 2, 12 definiert, in dem die Zungenschiene 2, 12 schon weiter ausgeprägte Fuß-Steg-Kopf-Formation aufweist.
Figur 2 zeigt das Schema des Erdwärmeeinsatzes an der Weiche mit dem später noch zu beschreibenden Erdwärmesystem, hier beispielsweise Brunnenrohre oder eingeerdete Rohre in Schleifen als Wärmequelle 25. Ein vertikaler Wärmetauscher, z.B. eine Tiefensonde, die durch das Grundwasser geführt wird, wird durch eine elektrisch betriebene Wärmepumpe 20 geleitet, die eine zweite Flüssigkeit, welche die gewonnene Heizwärme zum Wärmetauscher 26 an der Schiene leitet, auf eine Temperatur von 40 °C bis 80 °C, vorzugsweise auf max. 60 °C, aufheizen kann. Die Flüssigkeit wird im Grundwasser auf 5°C bis 10° C erwärmt und die Wärmepumpe 20, die auch mit Gas betrieben werden könnte, erhöht dann die Temperatur der Flüssigkeit in den Heizleitungen die zur Schiene geführt werden. Der Kreislauf in der Wärmepumpe 20 umfasst, wie für sich bekannt, einen Verdampfer 21 , einen Kompressor 22, einen Kondensator 23 und ein Expansionsventil 24.
Figuren 3, 4 zeigen eine Konfiguration des Erdwärmesystems an einer Backenschiene. Eine Backenschiene ist in ihrem Kopf 41 asymmetrisch ausgestaltet. Auf der Bildseite rechts, ist der Schienenkopf mit einer Flanke 45 versehen, an die sich eine entsprechend geformte Zunge anlegen kann. Auf dieser Seite läuft der Spurkranz des Rades eines Zuges. Der breite Kopf mit der Fahrbahn darauf geht über in den schmalen Steg 42 und schließlich in den Fuß 43. Außenseitig an der Backenschiene 1 ist eine Vorrichtung, ein Formstück 30 aus vorzugsweise Aluminium angeordnet, die den Steg 42 und Teile des Schienenfußes 43 und Schienenkopfes 41 kontaktiert und dort mittels einer Haftung vermittelnden Wärmeleitpaste zunächst gehalten wird, zumindest während der Montage. Im mittleren Abschnitt gegenüber dem Steg 41 weist das Formstück 30 zwei Öffnungen 31 , 32 auf, die geeignet sind die Vorlaufleitung 24 und die Rücklaufleitung 23 aufzunehmen, indem die Leitungen in diesem Bereich des Formstückes 30 eingeklemmt werden. Nach außen hin ist das Leitungssystem 23, 24 und das Formstück 30 durch einen Isolierschaum39, vorzugsweise durch einen Hartschaum, isoliert worden, nachdem die Heizleitungen in dem Formstück 30 eingerastet sind. Das Formstück kann dazu vorzugsweise auch noch Rippen oder Nasen 33 und 34 aufweisen, so dass sich der Isolierschaum 35 gut formen lässt und diese Kanten 33, 34 dann letztlich für das Aufbringen einer Gummideckschicht 36, die hergestellt wird aus Kunststoffgranulat bzw. aus Recyclinggummi eignet. Im einfachsten Fall ist die Befestigung 44 auf einer nicht dargestellten Unterschwellung angeordneter Backenschienen 1 dann mit Hilfe eines Klemmprofils 37, das den Schienenfuß 43 untergreift versehen, so dass die Gummideckschicht 38 am Schienenfuß 43 bzw. an der Backenschiene 1 gehalten wird. Diese Befestigung kann auch anders geschehen, in dem z. B. die Schienenbefestigung 44 mit einem entsprechendem Formstück ausgestattet wird, dass das Gummigranulat abstützt oder das Granulat wird auf die Rippen 33 und 34 des Formstücks aufgeklebt. Die Isolierung 35 wird am Steg 42 gegebenenfalls in situ hergestellt, während sie für den Schienenfuß 43 vorzugsweise vorgefertigt angeliefert wird.
Die Backenschiene 1 ist in der Situation gegenüber einer Zungenschiene 47 gezeigt, die auf einem Gleitstuhl 46 beweglich in Richtung Backenschiene 1 gehalten wird. Die Backenschiene 1 kann - zumindest in den Schwellenfächern - mit einer Schienenfußisolierung versehen sein, bestehend aus einem Isolierschaum 39 und einer elastischen Gummideckschale 38, die die Isolierung federnd (37) am Schienenfuß 43 oder außen an der Backenschiene 1 umgreift. Eine derartige Schienenfußisolierung kann vorzugsweise separat in einem Werk vorgefertigt werden.
Figur 5 zeigt eine Zungenschiene 2, 47' in einem Abschnitt der vom Weichenanfang (WA) etwas weiter entfernt ist. In ähnlicher Weise wie dies bei der Backenschiene bereits beschrieben ist, ist hier ein Formstück 30' im Stegbereich der Zungenschiene 47' angeordnet, wobei das Formstück mit Nasen 33' am Schienenkopf 41 ' und mit der Nase 34' am Schienenfuß 43' abstützt. Die Abwinklungen der Nasen 33', 34' dienen zugleich der Beschränkung des Raumes für das Einbringen des Isolierschaumes 35' und des Aufsetzen der Gummiabdeckscheibe 36'. Auch hier kann wiederum das System durch ein Klemmprofil 37' gehalten oder mit Hilfe einer wärmeleitenden Paste in die Schienenkammer zwischen Kopf und Fuß eingeklebt sein.
Figur 6 zeigt noch einmal die Situation gemäß Figur 4 mit der Schienenfußisolierung 38, 39 für die Backenschiene 1 in Einzeldarstellung. Gut zu sehen ist, dass das Gummi 38 so gestaltet wurde das es sowohl als offene Wanne für die Aufnahme des Isolierschaumes 39 dient als auch mit den nach oben aufstehenden Rippen den Schienenfuß 43 umgreifen und dort klemmend befestigen kann.
Figur 7 zeigt in Seitenansicht eine Ergänzung der Erfindung im markierten Bereich des Weichenverschlusses, eine Verschlussfachheizung. Es handelt sich hierbei um einen „liegenden Heizkörper" 30', ein Formstück mit eingeklemmter Heizschlaufe mit Vorlauf und Rücklauf 23, 24, der die Verschlussbereiche eisfrei hält. An der Schiene 1 , befestigt auf einer Schwelle 4 mit Befestigung 44, sind Isolierungen 36, 38 mit federnden Befestigungen 37 gehalten. Formstücke 30' mit Heizungen liegen auf weiteren Isolierungen 38'.
Zusammenfassend ist zu konstatieren: Das vorliegende System befasst sich mit der energetischen Optimierung von Wärmeleitern, wie sie für den Betrieb von flüssigkeitsunterstützten Weichenheizungssystemen benötigt werden. Die Ausbildung des Wärmeleiters berücksichtigt hierbei verschiedene Dinge gleichzeitig: Profilfreiheit nach der Eisenbahnbetriebsordnung der Deutschen Bahn AG
Begrenzung der Wärmeverluste im Gesamtsystem
Optimierter Wärmeübertrag
Einfache Installation und Deinstallation
Wartungsreduzierte Rohrkonzepte
Robust gegen Fremdeinwirkungen
Das erfindungsgemäße System soll durch Abstrahlung zur beweglichen Seite der Weiche eine Eis- und Schneefreihaltung sicherstellen. Da die Weiche in der horizontalen Achse der Zunge beweglich ist, wird klar, dass es entbehrlich ist, den Bereich im Schwellenfach unter dem Schienenfuß der Backenschiene zu beheizen. Hierfür kommt eine Isolierung zum Einsatz, die eben diese Wärmeverluste eingrenzen soll.
Die einzelnen Komponenten werden mittels Klemmprofil aus Federstahl an der Schiene befestigt. Durch die Durchgängigkeit des Formstückes (die Länge wird dem jeweiligen Weichentyp angepasst) sind eine große Stabilität sowie die Minimierung der Teile gegeben.
Im Anschluss an den eigentlichen Heizbereich der Weiche werden die Formstücke (dieser Wärmetauscher für die Backenschiene passt außen und innen außerhalb des Zungenbereichs) ohne Rohrleitungen installiert. Dadurch ist der Wärmeabfluss weiter reduzierbar. Dies wirkt sich positiv auf die zeitliche Reaktivität der Heizung sowie die benötigten Vorlauftemperaturen aus.
Die Heizleitung ist als U-Schlaufe, Vor- und Rücklauf, ausgebildet und möglichst aus einem Stück. Es wird in der entsprechenden Länge abgeschnitten und mit Quetschverbindungen an den Vor- und Rücklauf des Heizsystems angeschlossen; eine Schlaufe wird im Verschlussfach quer verlegt und gegebenenfalls auch den Grundplatten der Gleitstühle entlang geführt. Dadurch werden die möglichen Undichtigkeiten der Heizleitung in einen Bereich verlegt, der jederzeit zugänglich und kontrollierbar ist. Die soeben beschriebenen Formstücke können auch ohne Rohre an der Schiene montiert werden; um den an die Weiche anschließenden Bereich isolieren mit Isolierstoff in situ abdecken zu können, dienen sie als Halterung. Aufgrund der Gleichförmigkeit der Schiene, kann das Formstück für beide Seiten der Schiene benutzt werden.
Neben den Zungenschienen als solches ist auch die teils im Schnitt dargestellte zugehörige Gleitstuhlplatte von Schnee und Eis belastet. Die Schienenunterkante kann festfrieren auf der Gleitstuhlplatte 81. In der Regel bestehen derartige Gleitstuhlplatte am Beispiel der Platte SRG 6 der Deutschen Bahn AG aus einer Grundplatte 80 und darauf angeordneten Gleitstuhlplatte 81. Diese Situation ist aus Fig. 8 ersichtlich.
Dem Steg an der Schiene entspricht die Einschnürung zwischen der Grundplatte 80 und der hier aufgeschweißten Gleitstuhlplatte 81. Die Einschnürung kann durch Bleche 82 verschlossen werden; durch den dargestellten gebildeten Hohlraum 83 kann das durch Erdwärme erhitzte Heizmedium geleitet werden. Vor Kopf der Gleitstuhlplatte 81 werde n die Hohlräume 83 durch eine nicht gezeigte Leitung verbunden. Diese Leitung ist vorzugsweise ebenfalls wärmeisoliert und dort an das Heizungssystem angekoppelt.

Claims

Patentansprüche:
1. Wärmesystem zur Beheizung von Weichenschienen, bei dem eine mit Flüssigkeit durchströmte Heizleitung mit mindestens einer Wand in Wärme leitendem Kontakt mit einem Schienenteil steht und mit einem Leitungssystem verbunden ist, das von einer Wärmequelle über eine zirkulierende Flüssigkeit Wärme bezieht, dadurch gekennzeichnet, dass vom Weichenanfang (WA) her mindestens eine Schiene (1 , 2, 1 1 , 12) einer Zungenvorrichtung außenseitig am Steg (42) mit einem metallischen Formstück (30) kontaktiert ist, das an der dem Steg (42) abgewandten Seite mindestens eine Aufnahme (31 , 32) für eine einzuklemmende Heizleitung (23, 24) aufweist.
2. Wärmesystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Zungenschiene (1 1 , 12) an der der Backenschiene (1 , 2) abgewandten Seite und / oder die Backenschiene (1 ,2) außenseitig mit Abstand zum Weichenanfang (WA) mit dem metallischen Formstück (30) kontaktiert ist.
3. Wärmesystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Formstück (30) jeweils zwei Aufnahmen (31 , 32) aufweist für den Vorlauf (24) und den Rücklauf (23) der Heizleitung.
4. Wärmesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formstück (30) aus einem Wärme gut leitenden Metall, vorzugsweise Aluminium, besteht.
5. Wärmesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formstück (30) als Strangpressteil gestaltet ist.
6. Wärmesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formstück (30) mit dem Steg (42) über einen wärmeleitenden Stoff mit Hafteigenschaft verbunden ist.
7. Montageverfahren für eine Weichenheizung mit einem Wärmesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formstück (30) samt Vorlauf (24) und Rücklauf (23) der Heizleitung in situ von außen mit Isolierstoff (35, 36) überdeckt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Fuß (43) der Backenschiene (1 ,2) wärmetechnisch isoliert wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Isolierung eine gummiartige Außenschicht (36, 38) mit darin eingelassenem Hartschaum (35, 39) verwendet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Hartschaum (35) im Bereich der Vor- und Rücklaufleitungen (23, 24) in situ eingebracht wird.
1 1. Verfahren nach einem der Ansprüche 7-10, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierung (38, 39) für den Schienenfuß (43) separat vorgefertigt wird.
12. Wärmesystem mit der Weiche zugehörige Gleitstühlen (81 ) bestehend aus einer Grundplatte und einer taillierten Gleitstuhlplatte für die Auflage der beweglichen Schiene, die Taille (83) durch ein Blech (82) geschlossen und vor Kopf durch Heizleitungen die benachbarten parallelen Taillen (83) eines Gleitstuhl miteinander gekoppelt werden zur Beheizung des Gleitstuhls.
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