WO2024055131A1 - Points heating device having an integrated controller - Google Patents

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Publication number
WO2024055131A1
WO2024055131A1 PCT/CH2023/050029 CH2023050029W WO2024055131A1 WO 2024055131 A1 WO2024055131 A1 WO 2024055131A1 CH 2023050029 W CH2023050029 W CH 2023050029W WO 2024055131 A1 WO2024055131 A1 WO 2024055131A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
switch
control unit
housing
heating
connection head
Prior art date
Application number
PCT/CH2023/050029
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Christoph Frey
Kaspar Schindler
Original Assignee
Backer Elc Ag
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 Backer Elc Ag filed Critical Backer Elc Ag
Publication of WO2024055131A1 publication Critical patent/WO2024055131A1/en

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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 point heating device with integrated control.
  • Switch heating devices for avoiding freezing of the moving parts of switches in rail-bound transport systems by heating the switches are known.
  • electrical heating elements with connection heads are used on the rails of the switches.
  • the electric point heaters are usually switched on and off as required manually or by a central control.
  • the central control switches several switches, each with several heating elements, on or off.
  • Such switch heating devices are known, for example, from WO 2019/075248A1, WO 2020/053842A2 or DE102014113541A1.
  • the disadvantage of these conventional switch heating devices with manual switching on or central control is that the central control switches all heating elements connected to the control on and off together, or divided into groups, without knowing the exact thermal situation of each individual heating element.
  • the decisive factor for switching on is usually the thermal situation at the most exposed switch, which leads to unnecessary power consumption because individual heating elements heat the rail to a higher temperature than necessary.
  • Such heating systems are also prone to failure if, for example, the output is too low to achieve the required rail temperature.
  • the known control elements are designed in such a way that they cannot be attached directly to a rail due to their size and nature. Task of the invention
  • the present invention is based on the object of specifying a switch heating device which consumes little energy, is not susceptible to faults, enables good load management, and which is small and compact so that it can be attached to a rail in the area of a switch.
  • a control unit is arranged within the housing of the connection head and is connected in a thermally conductive manner to an inner surface of the housing.
  • the control unit has a circuit board with a processor and a power switch for controlling the heating element, and a heat transfer element is mounted in a thermally conductive manner between the power switch and the inner surface of the housing.
  • the connection head with the control unit inserted is completely sealed with sealing elements.
  • each device knows its thermal situation and is able to react independently if the rail temperature exceeds or falls below a temperature setpoint.
  • the circuit board of the control unit preferably comprises a processor for processing the control data, which is preferably programmed with a temperature setpoint. Depending on whether the set point is above or below the value measured by the temperature sensor, a signal is sent from the processor to the power switch and the heating element is turned off or on.
  • the power switch is preferably a power semiconductor.
  • the circuit breaker can also be a relay or a power controller.
  • the control unit is connected in a thermally conductive manner to an inner surface of the housing by attaching a heat transfer element in a thermally conductive manner between the circuit breaker and the inner surface of the housing.
  • the heat transfer element is an element that transports energy in the form of heat across at least one thermodynamic system boundary and is preferably made of metal, a thermal paste, a thermally conductive gel or a thermally conductive potting compound.
  • the control unit is able to communicate with a higher-level controller, preferably via control wires or via a radio connection.
  • the control unit can receive instructions from the higher-level controller and return status messages and temperature values. If the higher-level control system fails, the control unit can detect this and carry out the control function independently.
  • a higher-level control can give each individual switch heating element the command to switch it on or off. This allows the load to be distributed so that not all switch heating elements switch on or off at the same time. This leads to intelligent load management, in which the power is distributed across different switches in order to prevent excessive power consumption. This in turn reduces the susceptibility to disruption because not everyone
  • the heating element is preferably an electrical heating element, particularly preferably an ohmic heating element.
  • the heating element is, for example, a heating rod or a mineral-insulated heating element.
  • the heating element is a heating rod.
  • the heating rod preferably has one or more bends and is up to 12 meters, preferably 0.5 to 8 meters long.
  • connection head of the present invention must be small enough to be mounted on a rail. Small connection heads with integrated electronics run the risk of overheating. Through the use and special arrangement of the heat transfer element between the circuit breaker and the inner wall of the housing, it is possible to dissipate the heat generated inside the connection head by the circuit breaker to the outside. Despite its compactness, the housing has a sufficiently large surface area to transfer heat to the environment via convection, thermal radiation and thermal conduction. As a result, the connection head of the present invention is small, compact, yet completely sealed, and can be attached directly to a rail.
  • connection head preferably has a cylindrical shape with a housing and two head ends, the first head end preferably being designed as a cable gland and the second head end preferably being designed as a housing closure on the heating element side.
  • One or more connection cables and preferably a sensor cable connected to the temperature sensor lead through the cable gland.
  • the cable gland is preferably a cable entry in the function of a stuffing box, which offers particularly good sealing of a cable, a line or an insulated conductor as it passes through a housing wall.
  • the heating element is guided through the housing closure.
  • the housing closure preferably has the shape of a press or screw-in nipple, preferably in the shape of a screw-in nipple, preferably soldered to the heating element, and closes the heating element-side head end of the connection head.
  • the housing jacket of the preferably cylindrical housing preferably has The outside has an annular recess for receiving fastening clips for fastening the switch heating device to a rail.
  • the connection head with housing, cable gland and housing closure is preferably made of stainless steel, preferably chrome-nickel steel. The connection head is completely sealed with sealing elements so that external influences such as moisture or dirt cannot penetrate.
  • the cable gland is sealed with a first sealing element, preferably a compressible rubber plug with through holes for the cables, and the compression and sealing is carried out by tightening a union nut.
  • the housing closure is sealed with a second sealing element.
  • the second sealing element is preferably an O-ring or a flat gasket, but can also be designed to be metal-sealing or liquid-sealing.
  • connection cable leading from the connection head has power cores for transmitting electricity from a power source to the connection head with control unit and to the heating element.
  • the connecting cable has at least one, preferably two or three additional wires, so-called control wires, for transmitting control data in order to communicate with an external, higher-level controller.
  • control wires for transmitting control data in order to communicate with an external, higher-level controller.
  • communication with the external higher-level controller can also take place via radio. If there is a higher-level control, the higher-level control can give instructions to the control unit of the point heating device according to the invention. Conversely, the control unit can return status and temperature data to the higher-level controller.
  • the higher-level control specifies a temperature setpoint and compares this with a value measured by the local temperature sensor, and thus switches the heating element on if the measured value is below the setpoint, or switches the heating element off if the measured value is above Setpoint is.
  • the external higher-level control can be set up at one location along the rails and control several switches together.
  • the point heating device with an integrated control unit in the connection head and an external local temperature sensor is therefore able to switch the heating elements on or off as required using a predefined internal setpoint or to follow a setpoint specification from an external higher-level controller.
  • the predefined internal setpoint can be programmed individually on the processor for each control unit.
  • the temperature sensor arranged outside the connection head is preferably connected to the control unit inside the connection head via a sensor cable.
  • the temperature sensor is connected to the control unit within the connection head via a radio connection.
  • the temperature sensor is preferably arranged on a rail near the connection head, preferably less than 3.5 meters away, whereby the length of the sensor cable is short. This increases the robustness of the point heating device.
  • the switch heating device preferably has a power supply, preferably an electronic power supply or a transformer, in order to generate the low electrical voltage.
  • a pressing element is arranged between the control unit and the inner surface of the housing in order to hold the control unit in position and to improve heat transfer.
  • the pressing element is arranged between the circuit board and the inner surface of the housing on the side of the circuit board opposite the circuit breaker.
  • the pressing element is arranged between the circuit board and the circuit breaker.
  • the switch heating device comprises two pressing elements, one between the circuit board and the circuit breaker and a second between the side of the circuit board opposite the circuit breaker and the inner surface of the housing.
  • the pressing element can be flexible or rigid and made of metal, for example in the form of a spring, or made of plastic.
  • the present switch heater is small and compact, completely sealed, can be attached directly to a rail in the area of a switch, and each heating element can control itself according to an internal or external setting and thus switch on or off.
  • Each switch is preferably equipped with several switch heating devices, which are preferably attached to both the stock rail and the tongue rail.
  • each tongue and stock rail of a switch has, for example, two switch heating devices.
  • the present invention relates to a method for heating switches for a rail-based transport system with a switch heating device according to the invention, wherein the control unit compares a setpoint pre-programmed in the control unit with a value measured by the temperature sensor in order to regulate the heating element or switch it on or off.
  • the method includes specifying an external setpoint from an external higher-level controller and comparing this setpoint with a value measured by the local temperature sensor in order to switch the heating element on or off.
  • the invention further relates to the use of a switch heating device according to the invention for heating a switch for a rail-based transport system.
  • connection head 2A shows a connection head in a perspective view from the side
  • FIG. 2B shows a cross section through the connection head of FIG. 2A along the line C-C
  • 3A shows a point heating device attached to a rail in a perspective view
  • FIG. 3B shows a cross section through a switch heating device shown in FIG. 3A attached to a rail
  • Fig. 4 is a schematic representation of a rail switch with several switch heating devices
  • Fig. 5 is a schematic representation of four point heating devices connected to a higher-level controller.
  • Figure 1 shows a schematic representation of a switch heating device 1 with a heating element 2, a connection head 3 connected to the heating element and a temperature sensor 4, which is connected to the connection head 3 via a sensor cable 15.
  • a connection cable 11 with several power wires (not shown) and with one or more control wires (not shown) leads from the side of the connection head 3 opposite the heating element 2 from the connection head 3 and is connected to a power source and, if desired, to an external control.
  • FIG 2A shows a perspective view of the outside of a connection head 3.
  • the connection head 3 has a housing 9 with a cylindrical housing jacket 32, as well as two head ends, the first head end 14 being designed as a cable screw connection 21 and the second head end 19 being designed as a housing closure 20 on the heating rod side .
  • the connecting cable 11 leads from the cable gland 21, and the heating element 2 leads from the housing closure 20.
  • the housing jacket 32 of the cylindrical housing 9 has an annular recess 33 on the outside for receiving fastening clips (18, not shown).
  • FIG 2B shows a cross section along line CC through the connection head 3 of Figure 2A.
  • the connection head 3 has a housing 9 with an inner surface 17 and a cable gland 21 at a first head end 14 and a housing closure 20 at a second head end 19.
  • a control unit 5 comprising the circuit board 10, the processor s and the power switch 7, arranged for controlling, ie for switching the heating element 2 on and off.
  • the control unit 5 has a circuit board 10 with a processor 6 and a power switch 7 for controlling, ie for switching on and off, the heating element 2.
  • the processor 6 is soldered to the circuit board 10.
  • the power switch 7 can be designed, for example, as a power semiconductor, relay or power controller and is connected to the circuit board 10.
  • a heat transfer element 8 is mounted in a thermally conductive manner between the circuit breaker 7 and the inner surface 17 of the housing 9 in order to conduct heat generated by the circuit breaker 7 from the circuit breaker 7 directly to the housing 9 of the connection head 3.
  • the heat transfer element 8 is a metal element, a thermal paste, a thermally conductive gel or a thermally conductive casting compound, and is in contact with the inner surface 17 of the housing 9 directly or via a thermally conductive compound.
  • the control unit 5 with the circuit board 10 and the circuit breaker 7 is either attached to the inner surface 17 of the housing 9 via the heat transfer element 8 and possibly a thermally conductive mass, for example glued, or is pressed onto the inner surface 17 of the housing 9 via a pressing element 16.
  • the heating element 2 leads through the housing closure 20 of the second head end 19 of the connection head 3 into the connection head 3.
  • the heating element 2 preferably has two connection pins 23 (only one visible here in the side view).
  • the two connection pins 23 are electrically connected to the circuit board 10 via two cables.
  • a holder element 22 is arranged on the housing closure 20 with a central recess for passing through the connecting pins 23 so that the circuit board 10 does not rotate when the housing 9 is screwed onto the housing closure 20.
  • the sensor cable transmits data from the temperature sensor (not shown) to the control unit 5.
  • the connecting cable 11 includes power wires (not shown) for supplying the control unit 5 with electrical power, which is switched by the circuit breaker 7 and is then required for heating the heating element 2. If desired, the connecting cable 11 additionally includes one or more control wires for transmitting control data, preferably via a bus protocol, in order to communicate with a higher-level controller.
  • connection head 3 with the inserted control unit 5 is completely sealed with sealing elements so that external influences such as moisture or dirt cannot penetrate.
  • the cable gland 21 is sealed with a first sealing element 12, preferably a compressible rubber plug with through holes for the cables, the compression and sealing taking place by tightening a union nut, and the housing closure 20 is sealed with a second sealing element 13.
  • the second sealing element 13 is preferably an O-ring or a flat gasket, but can also be designed to be metal-sealing or liquid-sealing.
  • the switch heating device 1 has a connection head 3, a heating element 2 leading from the housing closure 20 of the connection head 3, preferably a heating rod with a bend, a temperature sensor 4 arranged on the rail with a sensor cable 15 and a connection cable 11, the sensor cable 15 and the connection cable 11 from the side of the connection head 3 opposite the housing closure 20 through the cable gland 21.
  • the connection head 3 is attached to the rail 24 via a fastening element 25, preferably a fastening clip 18.
  • Figure 3B shows a cross section through a rail 24 and a connection head 3, as shown in Figure 3A, with the connection head 3 being attached to the rail 24 via the fastening element 25.
  • the fastening element 25 includes a fastening clip 18.
  • FIG 4 shows a schematic representation of a switch with a first stock rail 26, a second stock rail 26', a first tongue rail 27 and a second tongue rail 27'.
  • Two switch heating devices 1, T, 1′′ are arranged on the stock rails 26, 26′ and the tongue rails 27, 27′, each of which operates independently, depending on the rail temperature measured by the temperature sensor and that of the control unit or a higher-level controller can be switched on and off according to the specified temperature setpoint.
  • the first switch heating device 1 "turns off on the first tongue rail 27, since this rests on the first stock rail 26 heated by the first switch heating device 1 and there is therefore enough heat, but the first switch heating device T of the second tongue rail 27 ' , which is not in contact with the heated second stock rail 26 'turns on, as the second tongue rail 27' from all sides is cooled and therefore has a higher heat requirement. It is also possible that if a switch is illuminated by the sun, a lower heat requirement is required than for a neighboring switch that is in the shade. The heating elements of the sunny switch will be switched off temporarily with the switch heating device of the invention because the target temperature has been reached thanks to the solar radiation. The same applies to switches with more or less exposure to wind.
  • Figure 5 shows a schematic representation of four point heating devices 1, each with a connection head 3, a heating element 2, a temperature sensor 4 with sensor cable 15 and a connecting cable 11.
  • the connecting cable 11 of the four point heating devices 1 is connected to a higher-level controller 28 via a control wire.
  • the higher-level controller 28 is connected to a weather sensor 29, a temperature sensor 30 and a rain sensor 31 and, as required, can supply control data to the control unit (5, not shown) arranged in the connection head 3 and switch the point heating device 1 on or off.
  • the control unit (5, not shown) arranged in the connection head 3 has a preprogrammed setpoint of the temperature and compares this value with a value measured by the respective temperature sensor 4.
  • the heating element 2 switched on. If the value of the temperature sensor 4 is above the pre-programmed setpoint, the heating element 2 is switched off.
  • the higher-level controller 28 can specify a temperature setpoint to the switch heating device 1, which it has calculated, for example, from weather data. The control unit 5 compares this Setpoint with a value measured by the local temperature sensor 4 and switches the respective heating element 2 on or off independently, so that the setpoint temperature is maintained on the rail.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Control Of Resistance Heating (AREA)

Abstract

The invention relates to a points heating device (1) for heating and mounting on a set of points for a rail-based transport system, having a heating element (2), a connection head (3) with a housing (9) arranged on the heating element (2), a temperature sensor (4) arranged outside the connection head (3) and a connection cable (11) leading out of the connection head (3). A control unit (5) is arranged inside the housing (9) of the connection head (3) and thermally conductively connected to an inner surface (17) of the housing (9), wherein the control unit (5) has a circuit board (10) with a processor (6) and a power circuit breaker (7) for controlling the heating element (2), and wherein a heat transfer element (8) is thermally conductively mounted between the power circuit breaker (7) and the inner surface (17) of the housing (9), and wherein the connection head (3) with the inserted control unit (5) is sealed by sealing elements (12, 13).

Description

Weichenheizvorrichtung mit integrierter Steuerung Point heating device with integrated control
Technisches Gebiet Technical area
Die Erfindung betrifft eine Weichenheizvorrichtung mit integrierter Steuerung. The invention relates to a point heating device with integrated control.
Stand der Technik State of the art
Weichenheizvorrichtungen zum Vermeiden des Einfrierens der beweglichen Teile von Weichen bei schienengebundenen Verkehrssystemen durch Beheizen der Weichen sind bekannt. Dabei werden beispielsweise elektrische Heizelemente mit Anschlusskopf an den Schienen der Weichen eingesetzt. Die elektrischen Weichenheizungen werden in der Regel manuell oder durch eine zentrale Steuerung bedarfsgerecht ein- und ausgeschaltet. Die zentrale Steuerung schaltet dabei mehrere Weichen mit jeweils mehreren Heizelementen ein oder aus. Switch heating devices for avoiding freezing of the moving parts of switches in rail-bound transport systems by heating the switches are known. For example, electrical heating elements with connection heads are used on the rails of the switches. The electric point heaters are usually switched on and off as required manually or by a central control. The central control switches several switches, each with several heating elements, on or off.
Solche Weichenheizvorrichtungen sind beispielsweise aus WO 2019/075248A1 , WO 2020/053842A2 oder DE102014113541A1 bekannt. Nachteilig bei diesen herkömmlichen Weichenheizvorrichtungen mit manueller Einschaltung oder zentraler Steuerung ist, dass die zentrale Steuerung alle mit der Steuerung verbundenen Heizelemente gemeinsam, oder in Gruppen gegliedert, ein- und ausschaltet ohne die exakte thermische Situation jedes einzelnen Heizelementes zu kennen. Massgebend für die Einschaltung ist in der Regel die thermische Situation an der exponiertesten Weiche, was zu einem unnötigen Stromverbrauch führt, da einzelne Heizelemente die Schiene auf eine höhere Temperatur heizen als erforderlich. Auch sind solche Heizsysteme störungsanfällig, wenn beispielsweise die Leistung zu klein ist um die erforderliche Schienentemperatur zu erreichen. Zudem sind die bekannten Steuerelemente derart ausgestaltet, dass sie auf Grund der Grösse und Beschaffenheit nicht direkt an einer Schiene angebracht werden können. Aufgabe der Erfindung Such switch heating devices are known, for example, from WO 2019/075248A1, WO 2020/053842A2 or DE102014113541A1. The disadvantage of these conventional switch heating devices with manual switching on or central control is that the central control switches all heating elements connected to the control on and off together, or divided into groups, without knowing the exact thermal situation of each individual heating element. The decisive factor for switching on is usually the thermal situation at the most exposed switch, which leads to unnecessary power consumption because individual heating elements heat the rail to a higher temperature than necessary. Such heating systems are also prone to failure if, for example, the output is too low to achieve the required rail temperature. In addition, the known control elements are designed in such a way that they cannot be attached directly to a rail due to their size and nature. Task of the invention
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Weichenheizvorrichtung anzugeben, welche wenig Energie verbraucht, störungsunanfällig ist, ein gutes Lastmanagement ermöglicht, und welche klein und kompakt ist, so dass sie an einer Schiene im Bereich einer Weiche angebracht werden kann. The present invention is based on the object of specifying a switch heating device which consumes little energy, is not susceptible to faults, enables good load management, and which is small and compact so that it can be attached to a rail in the area of a switch.
Beschreibung der Erfindung Description of the invention
Diese Aufgabe wird durch eine Weichenheizvorrichtung mit integrierter Steuereinheit gelöst. Die Weichenheizvorrichtung zum Beheizen und Anbringen an einer Weiche für ein schienengebundenes Verkehrssystem umfasst ein Heizelement, einen am Heizelement angeordneten Anschlusskopf mit einem Gehäuse, einen ausserhalb des Anschlusskopfes angeordneten Temperatursensor und ein aus dem Anschlusskopf führendes Anschlusskabel. Eine Steuereinheit ist innerhalb des Gehäuses des Anschlusskopfes angeordnet und mit einer Innenfläche des Gehäuses thermisch leitend verbunden. Die Steuereinheit weist eine Leiterplatte mit einem Prozessor und einen Leistungsschalter zur Steuerung des Heizelements auf, und zwischen dem Leistungsschalter und der Innenfläche des Gehäuses ist ein Wärmeübertragungselement thermisch leitend angebracht. Zudem ist der Anschlusskopf mit eingeführter Steuereinheit mit Dichtelementen vollständig abgedichtet. This task is solved by a point heating device with an integrated control unit. The switch heating device for heating and attaching to a switch for a rail-bound transport system comprises a heating element, a connection head arranged on the heating element with a housing, a temperature sensor arranged outside the connection head and a connection cable leading from the connection head. A control unit is arranged within the housing of the connection head and is connected in a thermally conductive manner to an inner surface of the housing. The control unit has a circuit board with a processor and a power switch for controlling the heating element, and a heat transfer element is mounted in a thermally conductive manner between the power switch and the inner surface of the housing. In addition, the connection head with the control unit inserted is completely sealed with sealing elements.
Der Vorteil einer solchen Weichenheizvorrichtung mit integrierter, selbständiger Steuerung ist, dass die Vorrichtung exakt und selbstständig auf die lokale thermische Situation reagieren kann auch ohne übergeordnete zentrale Steuerung. Dies führt zu einer erheblichen Reduktion des Energieverbrauchs und zu einer Reduktion von Störungen. Durch die Erfindung wird die individuelle Steuerung aller Heizelemente möglich, ohne dass zusätzliche Kabel verlegt werden müssen. Bei der erfindungsgemässen Weichenheizvorrichtung kennt jede Vorrichtung ihre thermische Situation und ist in der Lage, selbstständig zu reagieren, wenn die Schienentemperatur einen Temperatursollwert über- oder unterschreitet. Die Leiterplatte der Steuereinheit umfasst vorzugsweise einen Prozessor zur Verarbeitung der Steuerdaten, welcher vorzugsweise mit einem Temperatursollwert programmiert ist. Je nachdem, ob der Sollwert über oder unter dem vom Temperatursensor gemessenen Wert liegt, wird ein Signal vom Prozessor an den Leistungsschalter gesendet und das Heizelement aus- oder eingeschaltet. The advantage of such a point heating device with integrated, independent control is that the device can react precisely and independently to the local thermal situation, even without a higher-level central control. This leads to a significant reduction in energy consumption and a reduction in disruptions. The invention makes it possible to individually control all heating elements without having to lay additional cables. In the switch heating device according to the invention, each device knows its thermal situation and is able to react independently if the rail temperature exceeds or falls below a temperature setpoint. The circuit board of the control unit preferably comprises a processor for processing the control data, which is preferably programmed with a temperature setpoint. Depending on whether the set point is above or below the value measured by the temperature sensor, a signal is sent from the processor to the power switch and the heating element is turned off or on.
Der Leistungsschalter ist vorzugsweise ein Leistungshalbleiter. In einer weiteren Ausführungsform kann der Leistungsschalter auch ein Relais oder ein Leistungssteller sein. The power switch is preferably a power semiconductor. In a further embodiment, the circuit breaker can also be a relay or a power controller.
Die Steuereinheit ist mit einer Innenfläche des Gehäuses thermisch leitend verbunden, indem ein Wärmeübertragungselement zwischen dem Leistungsschalter und der Innenfläche des Gehäuses thermisch leitend angebracht ist. Das Wärmeübertragungselement ist ein Element, das Energie in Form von Wärme über mindestens eine thermodynamische Systemgrenze hinweg transportiert, und ist vorzugsweise aus Metall, einer Wärmeleitpaste, einem Wärmeleitgel oder aus einer thermisch leitenden Vergussmasse. The control unit is connected in a thermally conductive manner to an inner surface of the housing by attaching a heat transfer element in a thermally conductive manner between the circuit breaker and the inner surface of the housing. The heat transfer element is an element that transports energy in the form of heat across at least one thermodynamic system boundary and is preferably made of metal, a thermal paste, a thermally conductive gel or a thermally conductive potting compound.
Die Steuereinheit ist in der Lage mit einer übergeordneten Steuerung zu kommunizieren, vorzugsweise über Steueradern oder über eine Funkverbindung. Die Steuereinheit kann von der übergeordneten Steuerung Anweisungen erhalten und Statusmeldungen und Temperaturwerte zurückzuliefern. Sollte die übergeordnete Steuerung ausfallen kann die Steuereinheit dies erkennen und selbstständig die Steuerfunktion wahrnehmen. Zusätzlich kann eine übergeordnete Steuerung an jedes einzelne Weichenheizelement den Befehl zum Ein- oder Ausschalten geben. So kann Last verteilt werden, so dass nicht alle Weichenheizelemente gleichzeitig ein- oder ausschalten. Dies führt zu einem intelligenten Lastmanagement, bei welchem die Leistung auf verschiedene Weichen verteilt wird, um einen zu grossen Leistungsbezug zu verhindern. Das wiederum reduziert die Störungsanfälligkeit, weil nicht alleThe control unit is able to communicate with a higher-level controller, preferably via control wires or via a radio connection. The control unit can receive instructions from the higher-level controller and return status messages and temperature values. If the higher-level control system fails, the control unit can detect this and carry out the control function independently. In addition, a higher-level control can give each individual switch heating element the command to switch it on or off. This allows the load to be distributed so that not all switch heating elements switch on or off at the same time. This leads to intelligent load management, in which the power is distributed across different switches in order to prevent excessive power consumption. This in turn reduces the susceptibility to disruption because not everyone
Weichenheizvorrichtungen miteinander angeschaltet sind. Das Heizelement ist vorzugsweise ein elektrisches Heizelement, besonders bevorzugt ein ohmsches Heizelement. Das Heizelement ist beispielsweise ein Heizstab oder ein mineralisch isoliertes Heizelement. Vorzugsweise ist das Heizelement ein Heizstab. Der Heizstab weist je nach Anordnung an der Schiene vorzugsweise eine oder mehrere Biegungen auf und ist bis zu 12 Meter, vorzugsweise 0.5 bis 8 Meter lang. Switch heating devices are switched on with each other. The heating element is preferably an electrical heating element, particularly preferably an ohmic heating element. The heating element is, for example, a heating rod or a mineral-insulated heating element. Preferably the heating element is a heating rod. Depending on the arrangement on the rail, the heating rod preferably has one or more bends and is up to 12 meters, preferably 0.5 to 8 meters long.
Der Anschlusskopf der vorliegenden Erfindung muss klein genug sein, um an einer Schiene angebracht werden zu können. Bei kleinen Anschlussköpfen mit integrierter Elektronik besteht die Gefahr, dass sie überhitzen. Durch die Verwendung und besondere Anordnung des Wärmeübertragungselements zwischen dem Leistungsschalter und der Innenwand des Gehäuses ist es möglich, die im Inneren des Anschlusskopfs durch den Leistungsschalter entstehende Wärme nach aussen abzuleiten. Das Gehäuse hat trotz seiner Kompaktheit eine genügend grosse Oberfläche, um die Wärme über Konvektion, Wärmestrahlung und Wärmeleitung an die Umgebung abzugeben. Dadurch ist der Anschlusskopf der vorliegenden Erfindung klein, kompakt und dennoch vollständig abgedichtet, und kann direkt an einer Schiene angebracht werden. The connection head of the present invention must be small enough to be mounted on a rail. Small connection heads with integrated electronics run the risk of overheating. Through the use and special arrangement of the heat transfer element between the circuit breaker and the inner wall of the housing, it is possible to dissipate the heat generated inside the connection head by the circuit breaker to the outside. Despite its compactness, the housing has a sufficiently large surface area to transfer heat to the environment via convection, thermal radiation and thermal conduction. As a result, the connection head of the present invention is small, compact, yet completely sealed, and can be attached directly to a rail.
Der Anschlusskopf weist vorzugsweise eine zylindrische Form auf mit einem Gehäuse sowie zwei Kopfenden, wobei das erste Kopfende vorzugsweise als Kabelverschraubung und das zweite Kopfende vorzugsweise als heizstabseitigen Gehäuseverschluss ausgebildet ist. Durch die Kabelverschraubung führen ein oder mehrere Anschlusskabel sowie vorzugsweise ein mit dem Temperatursensor verbundenes Sensorkabel. Die Kabelverschraubung ist vorzugsweise eine Kabeleinführung in der Funktionsweise einer Stopfbuchse, die besonders gute Dichtung eines Kabels, einer Leitung oder eines isolierten Leiters bei dessen Durchgang durch eine Gehäusewand bietet. Das Heizelement wird durch den Gehäuseverschluss geführt. Der Gehäuseverschluss weist vorzugsweise die Form eines Press- oder Einschraubnippels, vorzugsweise die Form eines Einschraubnippels, auf, vorzugsweise verlötet mit dem Heizelement, und verschliesst das heizelementseitige Kopfende des Anschlusskopfs. Der Gehäusemantel des vorzugsweise zylindrischen Gehäuses weist vorzugsweise auf der Aussenseite eine ringförmige Vertiefung zur Aufnahme von Befestigungsklammem zur Befestigung der Weichenheizvorrichtung an einer Schiene auf. Der Anschlusskopf mit Gehäuse, Kabelverschraubung und Gehäuseverschluss ist vorzugsweise aus einem rostfreien Stahl, vorzugsweise aus Chromnickelstahl hergestellt. Der Anschlusskopf ist vollständig mit Dichtelementen abgedichtet, so dass externe Einflüsse wie Feuchtigkeit oder Schmutz nicht eindringen können. Die Kabelverschraubung ist mit einem ersten Dichtelement, vorzugsweise einem komprimierbaren Gummistopfen mit Durchgangsbohrungen für die Kabel, abgedichtet und die Kompression und Abdichtung erfolgt durch das Anziehen einer Überwurfmutter. Der Gehäuseverschluss ist mit einem zweiten Dichtelement abgedichtet. Das zweite Dichtelement ist vorzugsweise ein O-Ring oder eine Flachdichtung, kann aber auch metallisch dichtend oder flüssigkeitsdichtend ausgeführt sein. The connection head preferably has a cylindrical shape with a housing and two head ends, the first head end preferably being designed as a cable gland and the second head end preferably being designed as a housing closure on the heating element side. One or more connection cables and preferably a sensor cable connected to the temperature sensor lead through the cable gland. The cable gland is preferably a cable entry in the function of a stuffing box, which offers particularly good sealing of a cable, a line or an insulated conductor as it passes through a housing wall. The heating element is guided through the housing closure. The housing closure preferably has the shape of a press or screw-in nipple, preferably in the shape of a screw-in nipple, preferably soldered to the heating element, and closes the heating element-side head end of the connection head. The housing jacket of the preferably cylindrical housing preferably has The outside has an annular recess for receiving fastening clips for fastening the switch heating device to a rail. The connection head with housing, cable gland and housing closure is preferably made of stainless steel, preferably chrome-nickel steel. The connection head is completely sealed with sealing elements so that external influences such as moisture or dirt cannot penetrate. The cable gland is sealed with a first sealing element, preferably a compressible rubber plug with through holes for the cables, and the compression and sealing is carried out by tightening a union nut. The housing closure is sealed with a second sealing element. The second sealing element is preferably an O-ring or a flat gasket, but can also be designed to be metal-sealing or liquid-sealing.
Das aus dem Anschlusskopf führende Anschlusskabel weist Leistungsadern zur Übertragung von Strom von einer Leistungsquelle auf den Anschlusskopf mit Steuereinheit und auf das Heizelement auf. In einer weiteren Ausführungsform weist das Anschlusskabel mindestens eine, vorzugsweise zwei oder drei zusätzliche Adem, sogenannte Steueradern zur Übertragung von Steuerdaten auf um mit einer externen übergeordneten Steuerung zu kommunizieren. In einer weiteren Ausführungsform kann die Kommunikation mit der externen übergeordneten Steuerung auch über Funk erfolgen. Liegt eine übergeordnete Steuerung vor, kann die übergeordnete Steuerung der Steuereinheit der erfindungsgemässen Weichenheizvorrichtung Anweisungen geben. Umgekehrt kann die Steuereinheit der übergeordneten Steuerung Status und Temperaturdaten zurückgeben. So gibt die übergeordnete Steuerung beispielsweise einen Temperatursollwert vor und vergleicht diesen mit einem Wert gemessen durch den lokalen Temperatursensor, und schaltet so das Heizelement ein, wenn der gemessene Wert unter dem Sollwert ist, bzw. schaltet das Heizelement aus, wenn der gemessene Wert über dem Sollwert ist. Die externe übergeordnete Steuerung kann an einem Ort entlang der Schienen aufgestellt sein und mehrere Weichen miteinander steuern. Die Weichenheizvorrichtung mit integrierter Steuereinheit im Anschlusskopf und externem lokalen Temperatursensor ist somit in der Lage die Heizelemente bedarfsgerecht über einen vordefinierten internen Sollwert ein- oder auszuschalten oder einer Sollwertvorgabe von einer externen übergeordneten Steuerung zu folgen. Der vordefinierte interne Sollwert kann bei jeder Steuereinheit individuell auf dem Prozessor programmiert werden. The connection cable leading from the connection head has power cores for transmitting electricity from a power source to the connection head with control unit and to the heating element. In a further embodiment, the connecting cable has at least one, preferably two or three additional wires, so-called control wires, for transmitting control data in order to communicate with an external, higher-level controller. In a further embodiment, communication with the external higher-level controller can also take place via radio. If there is a higher-level control, the higher-level control can give instructions to the control unit of the point heating device according to the invention. Conversely, the control unit can return status and temperature data to the higher-level controller. For example, the higher-level control specifies a temperature setpoint and compares this with a value measured by the local temperature sensor, and thus switches the heating element on if the measured value is below the setpoint, or switches the heating element off if the measured value is above Setpoint is. The external higher-level control can be set up at one location along the rails and control several switches together. The point heating device with an integrated control unit in the connection head and an external local temperature sensor is therefore able to switch the heating elements on or off as required using a predefined internal setpoint or to follow a setpoint specification from an external higher-level controller. The predefined internal setpoint can be programmed individually on the processor for each control unit.
Der ausserhalb des Anschlusskopfs angeordnete Temperatursensor ist vorzugsweise über ein Sensorkabel mit der Steuereinheit innerhalb des Anschlusskopfs verbunden. In einer weiteren Ausführungsform ist der Temperatursensor über eine Funkverbindung mit der Steuereinheit innerhalb des Anschlusskopfs verbunden. Der Temperatursensor ist vorzugsweise an einer Schiene in der Nähe des Anschlusskopfs, vorzugsweise weniger als 3.5 Meter entfernt, angeordnet, wodurch die Länge des Sensorkabels kurz ist. Das erhöht die Robustheit der Weichenheizvorrichtung. The temperature sensor arranged outside the connection head is preferably connected to the control unit inside the connection head via a sensor cable. In a further embodiment, the temperature sensor is connected to the control unit within the connection head via a radio connection. The temperature sensor is preferably arranged on a rail near the connection head, preferably less than 3.5 meters away, whereby the length of the sensor cable is short. This increases the robustness of the point heating device.
Vorzugsweise weist die Weichenheizvorrichtung ein Netzteil, vorzugsweise ein elektronisches Netzteil oder einen Transformator auf, um die elektrische Kleinspannung zu erzeugen. The switch heating device preferably has a power supply, preferably an electronic power supply or a transformer, in order to generate the low electrical voltage.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen der Steuereinheit und der Innenfläche des Gehäuses ein Anpresselement angeordnet um die Steuereinheit in Position zu halten und um die Wärmeübertragung zu verbessern. Vorzugsweise ist das Anpresselement zwischen der Leiterplatte und der Innenfläche des Gehäuses auf der dem Leistungsschalter gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte angeordnet. In einer weiteren Ausführungsform ist das Anpresselement zwischen der Leiterplatte und dem Leistungsschalter angeordnet. In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Weichenheizvorrichtung zwei Anpresselemente, eines zwischen der Leiterplatte und dem Leistungsschalter und ein zweites zwischen der dem Leistungsschalter gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte und der Innenfläche des Gehäuses. Das Anpresselement kann flexibel oder starr sein und aus Metall, beispielsweise in Form einer Feder, oder aus Kunststoff sein. Die vorliegende Weichenheizvorrichtung ist klein und kompakt, vollständig abgedichtet, kann direkt an einer Schiene im Bereich einer Weiche angebracht werden, und jedes Heizelement kann sich selbst nach einer internen oder externen Vorgabe steuern und somit ein- oder ausschalten. Vorzugsweise ist jede Weiche mit mehreren Weichenheizvorrichtungen ausgerüstet, welche vorzugsweise sowohl an der Backenschiene als auch an der Zungenschiene befestigt sind. In einer Ausführungsform weist jede Zungen- und Backenschiene einer Weiche beispielsweise jeweils zwei Weichenheizvorrichtungen auf. In a preferred embodiment, a pressing element is arranged between the control unit and the inner surface of the housing in order to hold the control unit in position and to improve heat transfer. Preferably, the pressing element is arranged between the circuit board and the inner surface of the housing on the side of the circuit board opposite the circuit breaker. In a further embodiment, the pressing element is arranged between the circuit board and the circuit breaker. In a further embodiment, the switch heating device comprises two pressing elements, one between the circuit board and the circuit breaker and a second between the side of the circuit board opposite the circuit breaker and the inner surface of the housing. The pressing element can be flexible or rigid and made of metal, for example in the form of a spring, or made of plastic. The present switch heater is small and compact, completely sealed, can be attached directly to a rail in the area of a switch, and each heating element can control itself according to an internal or external setting and thus switch on or off. Each switch is preferably equipped with several switch heating devices, which are preferably attached to both the stock rail and the tongue rail. In one embodiment, each tongue and stock rail of a switch has, for example, two switch heating devices.
Zusätzlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Beheizen von Weichen für ein schienengebundenes Verkehrssystem mit einer erfindungsgemässen Weichenheizvorrichtung, wobei die Steuereinheit einen in der Steuereinheit vorprogrammierten Sollwert mit einem Wert gemessen durch den Temperatursensor vergleicht um das Heizelement zu regeln beziehungsweise ein- oder auszuschalten. In addition, the present invention relates to a method for heating switches for a rail-based transport system with a switch heating device according to the invention, wherein the control unit compares a setpoint pre-programmed in the control unit with a value measured by the temperature sensor in order to regulate the heating element or switch it on or off.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren die Vorgabe eines externen Sollwerts einer externen übergeordneten Steuerung und das Vergleichen dieses Sollwerts mit einem Wert gemessen durch den lokalen Temperatursensor um das Heizelement ein- oder ausschalten. In a further embodiment, the method includes specifying an external setpoint from an external higher-level controller and comparing this setpoint with a value measured by the local temperature sensor in order to switch the heating element on or off.
Des Weiteren betrifft die Erfindung die Verwendung einer erfindungsgemässen Weichenheizvorrichtung zum Heizen einer Weiche für ein schienengebundenes Verkehrssystem. The invention further relates to the use of a switch heating device according to the invention for heating a switch for a rail-based transport system.
Kombinationen von zwei oder mehreren der oben aufgeführten Ausführungen und Varianten sind denkbar und beansprucht. Combinations of two or more of the designs and variants listed above are conceivable and claimed.
Weitere Vorteile der Erfindung folgen aus der nachfolgenden Beschreibung, in welcher die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert wird. Further advantages of the invention follow from the following description, in which the invention is explained in more detail using exemplary embodiments shown in the drawings.
Kurze Beschreibung der Figuren Es zeigen: Short description of the characters Show it:
Fig. 1 eine Weichenheizvorrichtung in schematischer Darstellung, 1 shows a switch heating device in a schematic representation,
Fig. 2A ein Anschlusskopf in perspektivischer Darstellung von der Seite, 2A shows a connection head in a perspective view from the side,
Fig. 2B einen Querschnitt durch den Anschlusskopf von Figur 2A entlang der Linie C-C, 2B shows a cross section through the connection head of FIG. 2A along the line C-C,
Fig. 3A eine Weichenheizvorrichtung befestigt an einer Schiene in perspektivischer Darstellung, 3A shows a point heating device attached to a rail in a perspective view,
Fig. 3B ein Querschnitt durch eine in Figur 3A gezeigte Weichenheizvorrichtung befestigt an einer Schiene, 3B shows a cross section through a switch heating device shown in FIG. 3A attached to a rail,
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Schienenweiche mit mehreren Weichenheizvorrichtungen, und Fig. 4 is a schematic representation of a rail switch with several switch heating devices, and
Fig. 5 eine schematische Darstellung von vier Weichenheizvorrichtungen verbunden mit einer übergeordneten Steuerung. Fig. 5 is a schematic representation of four point heating devices connected to a higher-level controller.
In den Figuren sind für dieselben Elemente jeweils dieselben Bezugszeichen verwendet und es gelten Erklärungen zu einem bestimmten Bezugszeichen für alle Figuren, wenn nicht ausdrücklich etwas anders erwähnt ist. In the figures, the same reference numbers are used for the same elements and explanations of a specific reference number apply to all figures unless expressly stated otherwise.
Ausführungsbeispiele der Erfindung Embodiments of the invention
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Weichenheizvorrichtung 1 mit einem Heizelement 2, einem mit dem Heizelement verbundenen Anschlusskopf 3 und einem Temperatursensor 4, welcher über ein Sensorkabel 15 mit dem Anschlusskopf 3 verbunden ist. Ein Anschlusskabel 11 mit mehreren Leistungsadern (nicht dargestellt) und mit einer oder mehreren Steueradern (nicht dargestellt) führt aus der dem Heizelement 2 gegenüberliegenden Seite des Anschlusskopfs 3 aus dem Anschlusskopf 3 und ist mit einer Leistungsquelle und falls gewünscht mit einer externen Steuerung verbunden. Figure 1 shows a schematic representation of a switch heating device 1 with a heating element 2, a connection head 3 connected to the heating element and a temperature sensor 4, which is connected to the connection head 3 via a sensor cable 15. A connection cable 11 with several power wires (not shown) and with one or more control wires (not shown) leads from the side of the connection head 3 opposite the heating element 2 from the connection head 3 and is connected to a power source and, if desired, to an external control.
Figur 2A zeigt eine perspektivische Darstellung auf die Aussenseite eines Anschlusskopfs 3. Der Anschlusskopf 3 weist ein Gehäuse 9 mit einem zylindrischen Gehäusemantel 32, sowie zwei Kopfenden auf, wobei das erste Kopfende 14 als Kabelverschraubung 21 und das zweite Kopfende 19 als heizstabseitiger Gehäuseverschluss 20 ausgebildet ist. Aus der Kabelverschraubung 21 führt das Anschlusskabel 11 , und aus dem Gehäuseverschluss 20 das Heizelement 2. Der Gehäusemantel 32 des zylindrischen Gehäuses 9 weist auf der Aussenseite eine ringförmige Vertiefung 33 auf zur Aufnahme von Befestigungsklammem (18, nicht dargestellt). Figure 2A shows a perspective view of the outside of a connection head 3. The connection head 3 has a housing 9 with a cylindrical housing jacket 32, as well as two head ends, the first head end 14 being designed as a cable screw connection 21 and the second head end 19 being designed as a housing closure 20 on the heating rod side . The connecting cable 11 leads from the cable gland 21, and the heating element 2 leads from the housing closure 20. The housing jacket 32 of the cylindrical housing 9 has an annular recess 33 on the outside for receiving fastening clips (18, not shown).
Figur 2B zeigt einen Querschnitt entlang der Linie C-C durch den Anschlusskopf 3 der Figur 2A. Der Anschlusskopf 3 weist ein Gehäuse 9 mit einer Innenfläche 17 und an einem ersten Kopfende 14 eine Kabelverschraubung 21 und an einem zweiten Kopfende 19 einen Gehäuseverschluss 20 auf. Innerhalb der Gehäuses 9 des Anschlusskopfs 3 ist eine Steuereinheit 5, umfassend die Leiterplatte 10, den Prozessor s und den Leistungsschalter 7, angeordnet zur Steuerung, d.h. zum Ein- und Ausschalten des Heizelements 2. Die Steuereinheit 5 weist eine Leiterplatte 10 mit einem Prozessor 6 und einen Leistungsschalter 7 zur Steuerung, d.h. zum Ein- und Ausschalten, des Heizelements 2 auf. Der Prozessor 6 ist auf die Leiterplatte 10 gelötet. Der Leistungsschalter 7 kann beispielsweise als Leistungshalbleiter, Relais oder Leistungssteller ausgebildet sein und ist mit der Leiterplatte 10 verbunden. Zwischen dem Leistungsschalter 7 und der Innenfläche 17 des Gehäuses 9 ist ein Wärmeübertragungselement 8 thermisch leitend angebracht, um Wärme, welche vom Leistungsschalter 7 entsteht, vom Leistungsschalter 7 direkt zum Gehäuse 9 des Anschlusskopfs 3 zu leiten. Das Wärmeübertragungselement 8 ist ein Metallelement, eine Wärmeleitpaste, ein Wärmeleitgel oder eine thermisch leitende Vergussmasse, und ist direkt oder über eine thermisch leitende Masse mit der Innenfläche 17 des Gehäuses 9 in Kontakt. Zwischen der Steuereinheit 5 und der Innenfläche 17 des Gehäuses 9 ist vorzugsweise ein Anpresselement 16 angeordnet, um die Steuereinheit 5 in Position zu halten. Die Steuereinheit 5 mit der Leiterplatte 10 und dem Leistungsschalter 7 ist entweder über das Wärmeübertragungselement 8 und allenfalls eine thermisch leitende Masse an der Innenfläche 17 des Gehäuses 9 befestigt, beispielsweise geklebt, oder wird über ein Anpresselement 16 an die Innenfläche 17 des Gehäuses 9 gepresst. Figure 2B shows a cross section along line CC through the connection head 3 of Figure 2A. The connection head 3 has a housing 9 with an inner surface 17 and a cable gland 21 at a first head end 14 and a housing closure 20 at a second head end 19. Within the housing 9 of the connection head 3 is a control unit 5, comprising the circuit board 10, the processor s and the power switch 7, arranged for controlling, ie for switching the heating element 2 on and off. The control unit 5 has a circuit board 10 with a processor 6 and a power switch 7 for controlling, ie for switching on and off, the heating element 2. The processor 6 is soldered to the circuit board 10. The power switch 7 can be designed, for example, as a power semiconductor, relay or power controller and is connected to the circuit board 10. A heat transfer element 8 is mounted in a thermally conductive manner between the circuit breaker 7 and the inner surface 17 of the housing 9 in order to conduct heat generated by the circuit breaker 7 from the circuit breaker 7 directly to the housing 9 of the connection head 3. The heat transfer element 8 is a metal element, a thermal paste, a thermally conductive gel or a thermally conductive casting compound, and is in contact with the inner surface 17 of the housing 9 directly or via a thermally conductive compound. There is preferably a pressing element 16 between the control unit 5 and the inner surface 17 of the housing 9 arranged to hold the control unit 5 in position. The control unit 5 with the circuit board 10 and the circuit breaker 7 is either attached to the inner surface 17 of the housing 9 via the heat transfer element 8 and possibly a thermally conductive mass, for example glued, or is pressed onto the inner surface 17 of the housing 9 via a pressing element 16.
Das Heizelement 2 führt durch den Gehäuseverschluss 20 des zweiten Kopfendes 19 des Anschlusskopfes 3 in den Anschlusskopf 3. Das Heizelement 2 weist vorzugsweise zwei Anschlussstifte 23 (hier in der Seitenansicht nur einer sichtbar) auf. Die beiden Anschlussstifte 23 sind über zwei Kabel elektrisch leitend mit der Leiterplatte 10 verbunden. Um die Leiterplatte 10 in Position zu halten, ist am Gehäuseverschluss 20 ein Halterelement 22 angeordnet mit einer mittigen Aussparung zum Durchführen der Anschlussstifte 23, damit die Leiterplatte 10 beim Aufschrauben des Gehäuses 9 auf den Gehäuseverschlusses 20 nicht rotiert. The heating element 2 leads through the housing closure 20 of the second head end 19 of the connection head 3 into the connection head 3. The heating element 2 preferably has two connection pins 23 (only one visible here in the side view). The two connection pins 23 are electrically connected to the circuit board 10 via two cables. In order to hold the circuit board 10 in position, a holder element 22 is arranged on the housing closure 20 with a central recess for passing through the connecting pins 23 so that the circuit board 10 does not rotate when the housing 9 is screwed onto the housing closure 20.
Durch die Kabelverschraubung 21 hindurch führt das Anschlusskabel 11 und das Sensorkabel 15, welche beide mit der Leiterplatte 10 verbunden sind. Das Sensorkabel übermittelt Daten vom Temperatursensor (nicht dargestellt) an die Steuereinheit 5. Das Anschlusskabel 11 umfasst Leistungsadern (nicht dargestellt) zur Versorgung der Steuereinheit 5 mit elektrischer Leistung welche durch den Leistungsschalter 7 geschaltet und danach für das Erwärmen des Heizelementes 2 benötigt wird. Falls gewünscht umfasst das Anschlusskabel 11 zusätzlich eine oder mehrere Steueradern zur Übertragung von Steuerdaten, vorzugsweise über ein Bus-Protokoll, um mit einer übergeordneten Steuerung zu kommunizieren. The connection cable 11 and the sensor cable 15, both of which are connected to the circuit board 10, lead through the cable gland 21. The sensor cable transmits data from the temperature sensor (not shown) to the control unit 5. The connecting cable 11 includes power wires (not shown) for supplying the control unit 5 with electrical power, which is switched by the circuit breaker 7 and is then required for heating the heating element 2. If desired, the connecting cable 11 additionally includes one or more control wires for transmitting control data, preferably via a bus protocol, in order to communicate with a higher-level controller.
Der Anschlusskopf 3 mit eingeführter Steuereinheit 5 ist vollständig mit Dichtelementen abgedichtet, so dass externe Einflüsse wie Feuchtigkeit oder Schmutz nicht eindringen können. Die Kabelverschraubung 21 ist mit einem ersten Dichtelement 12, vorzugsweise einem komprimierbaren Gummistopfen mit Durchgangsbohrungen für die Kabel , abgedichtet, wobei die Kompression und Abdichtung durch das Anziehen einer Überwurfmutter erfolgt, und der Gehäuseverschluss 20 ist mit einem zweiten Dichtelement 13 abgedichtet. Das zweite Dichtelement 13 ist vorzugsweise ein O-Ring oder eine Flachdichtung, kann aber auch metallisch dichtend oder flüssigkeitsdichtend ausgeführt sein. The connection head 3 with the inserted control unit 5 is completely sealed with sealing elements so that external influences such as moisture or dirt cannot penetrate. The cable gland 21 is sealed with a first sealing element 12, preferably a compressible rubber plug with through holes for the cables, the compression and sealing taking place by tightening a union nut, and the housing closure 20 is sealed with a second sealing element 13. The The second sealing element 13 is preferably an O-ring or a flat gasket, but can also be designed to be metal-sealing or liquid-sealing.
In Figur 3A ist eine Schiene 24 mit einer angebrachten Weichenheizvorrichtung 1 dargestellt. Die Weichenheizvorrichtung 1 weist einen Anschlusskopf 3, ein aus dem Gehäuseverschluss 20 des Anschlusskopfs 3 führendes Heizelement 2, vorzugsweise ein Heizstab mit einer Biegung, einen an der Schiene angeordneten Temperatursensor 4 mit Sensorkabel 15 und ein Anschlusskabel 11 auf, wobei das Sensorkabel 15 und das Anschlusskabel 11 aus der auf der des Gehäuseverschlusses 20 gegenüberliegenden Seite des Anschlusskopfs 3 durch die Kabelverschraubung 21 führen. Der Anschlusskopf 3 ist über ein Befestigungselement 25, vorzugsweise eine Befestigungsklammer 18, an der Schiene 24 befestigt. 3A shows a rail 24 with an attached switch heating device 1. The switch heating device 1 has a connection head 3, a heating element 2 leading from the housing closure 20 of the connection head 3, preferably a heating rod with a bend, a temperature sensor 4 arranged on the rail with a sensor cable 15 and a connection cable 11, the sensor cable 15 and the connection cable 11 from the side of the connection head 3 opposite the housing closure 20 through the cable gland 21. The connection head 3 is attached to the rail 24 via a fastening element 25, preferably a fastening clip 18.
Figur 3B zeigt einen Querschnitt durch eine Schiene 24 und einen Anschlusskopf 3, wie in Figur 3A dargestellt, wobei der Anschlusskopf 3 über das Befestigungselement 25 an der Schiene 24 befestigt ist. Das Befestigungselement 25 umfasst eine Befestigungsklammer 18. Figure 3B shows a cross section through a rail 24 and a connection head 3, as shown in Figure 3A, with the connection head 3 being attached to the rail 24 via the fastening element 25. The fastening element 25 includes a fastening clip 18.
Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Weiche mit einer ersten Backenschiene 26, einer zweiten Backenschiene 26' , einer ersten Zungenschiene 27 und einer zweiten Zungenschiene 27 ‘ . An den Backenschienen 26, 26' und den Zungenschienen 27, 27' sind jeweils zwei Weichenheizvorrichtungen 1 , T, 1“ angeordnet, welche sich jede einzeln selbstständig, in Abhängigkeit von der durch den Temperatursensor gemessenen Schienentemperatur und der von der Steuereinheit oder einer übergeordneten Steuerung vorgegebenen Temperatursollwertvorgabe ein- und ausschalten können. Es ist beispielsweise möglich, dass sich die erste Weichenheizvorrichtung 1“ an der ersten Zungenschiene 27 ausschaltet, da diese an der von der ersten Weichenheizvorrichtung 1 beheizten ersten Backenschiene 26 anliegt und somit genügend Wärme vorhanden ist, jedoch die erste Weichenheizvorrichtung T der zweiten Zungenschiene 27‘, welche nicht an der beheizten zweiten Backenschiene 26' anliegt sich einschaltet, da die zweite Zungenschiene 27' von allen Seiten gekühlt wird und somit einen höheren Wärmebedarf hat. Ebenfalls ist es möglich, dass wenn eine Weiche von der Sonne beschienen wird, ein geringerer Wärmebedarf erforderlich ist als bei einer benachbarten Weiche welche im Schatten liegt. Die Heizelemente der besonnten Weiche werden mit der Weichenheizvorrichtung der Erfindung zwischenzeitlich abschalten da die Solltemperatur dank der Sonnenstrahlung erreicht ist. Dasselbe gilt für Weichen mit mehr oder weniger grossen Windexpositionen. Es ist möglich, dass alle Weichenheizvorrichtungen 1 einer Weiche eingeschaltet sind, und die der benachbarten Weiche ausgeschaltet sind. Das führt zu einer beträchtlichen Stromersparnis, da nicht alle Weichenheizvorrichtungen 1 immer aufgeheizt werden. Zusätzlich kann eine übergeordnete Steuerung an jedes einzelne Weichenheizelement den Befehl zum Ein- oder Ausschalten geben. So kann Last verteilt werden, so dass nicht alle Weichenheizelemente gleichzeitig ein- oder ausschalten. Figure 4 shows a schematic representation of a switch with a first stock rail 26, a second stock rail 26', a first tongue rail 27 and a second tongue rail 27'. Two switch heating devices 1, T, 1″ are arranged on the stock rails 26, 26′ and the tongue rails 27, 27′, each of which operates independently, depending on the rail temperature measured by the temperature sensor and that of the control unit or a higher-level controller can be switched on and off according to the specified temperature setpoint. It is possible, for example, that the first switch heating device 1 "turns off on the first tongue rail 27, since this rests on the first stock rail 26 heated by the first switch heating device 1 and there is therefore enough heat, but the first switch heating device T of the second tongue rail 27 ' , which is not in contact with the heated second stock rail 26 'turns on, as the second tongue rail 27' from all sides is cooled and therefore has a higher heat requirement. It is also possible that if a switch is illuminated by the sun, a lower heat requirement is required than for a neighboring switch that is in the shade. The heating elements of the sunny switch will be switched off temporarily with the switch heating device of the invention because the target temperature has been reached thanks to the solar radiation. The same applies to switches with more or less exposure to wind. It is possible that all switch heating devices 1 of a switch are switched on and those of the neighboring switch are switched off. This leads to considerable electricity savings, since not all switch heating devices 1 are always heated up. In addition, a higher-level control can give each individual switch heating element the command to switch it on or off. This allows the load to be distributed so that not all switch heating elements switch on or off at the same time.
Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung von vier Weichenheizvorrichtungen 1 mit jeweils einem Anschlusskopf 3, einem Heizelement 2, einem Temperatursensor 4 mit Sensorkabel 15 und einem Anschlusskabel 11. Das Anschlusskabel 11 der vier Weichenheizvorrichtungen 1 ist über eine Steuerader mit einer übergeordneten Steuerung 28 verbunden. Die übergeordnete Steuerung 28 ist mit einem Wettersensor 29, einem Temperatursensor 30 und einem Regensensor 31 verbunden und kann je nach Bedarf Steuerdaten an die im Anschlusskopf 3 angeordnete Steuereinheit (5, nicht dargestellt) liefern und die Weichenheizvorrichtung 1 ein- oder ausschalten. In einer Ausführungsform weist die im Anschlusskopf 3 angeordnete Steuereinheit (5, nicht dargestellt) einen vorprogrammierten Sollwert der Temperatur auf und vergleicht diesen Wert mit einem Wert gemessen durch den jeweiligen Temperatursensor 4. Liegt der Wert des Temperatursensors 4 unter dem vorprogrammierten Sollwert, wird das Heizelement 2 eingeschaltet. Liegt der Wert des Temperatursensors 4 über dem vorprogrammierten Sollwert, wird das Heizelement 2 ausgeschaltet. In einer anderen Ausführungsform kann die übergeordnete Steuerung 28 der Weichenheizvorrichtung 1 einen Temperatursollwert vorgeben, welche sie zum Beispiel aus Wetterdaten berechnet hat. Die Steuereinheit 5 vergleicht diesen Sollwert mit einem Wert gemessen durch den lokalen Temperatursensor 4 und schaltet das jeweilige Heizelement 2 selbständig ein- oder aus, so dass die Solltemperatur an der Schiene gehalten wird. Figure 5 shows a schematic representation of four point heating devices 1, each with a connection head 3, a heating element 2, a temperature sensor 4 with sensor cable 15 and a connecting cable 11. The connecting cable 11 of the four point heating devices 1 is connected to a higher-level controller 28 via a control wire. The higher-level controller 28 is connected to a weather sensor 29, a temperature sensor 30 and a rain sensor 31 and, as required, can supply control data to the control unit (5, not shown) arranged in the connection head 3 and switch the point heating device 1 on or off. In one embodiment, the control unit (5, not shown) arranged in the connection head 3 has a preprogrammed setpoint of the temperature and compares this value with a value measured by the respective temperature sensor 4. If the value of the temperature sensor 4 is below the preprogrammed setpoint, the heating element 2 switched on. If the value of the temperature sensor 4 is above the pre-programmed setpoint, the heating element 2 is switched off. In another embodiment, the higher-level controller 28 can specify a temperature setpoint to the switch heating device 1, which it has calculated, for example, from weather data. The control unit 5 compares this Setpoint with a value measured by the local temperature sensor 4 and switches the respective heating element 2 on or off independently, so that the setpoint temperature is maintained on the rail.
Bezugszeichenliste Reference symbol list
1 ,T, 1“ Weichenheizvorrichtung 1,T, 1" point heater
2 Heizelement 2 heating element
3 Anschlusskopf 3 connection head
4 Temperatursensor 4 temperature sensor
5 Steuereinheit 5 control unit
6 Prozessor 6 processor
7 Leistungsschalter 7 circuit breakers
8 Wärmeübertragungselement8 heat transfer element
9 Gehäuse 9 housings
10 Leiterplatte 10 circuit board
11 Anschlusskabel 11 connection cables
12 erstes Dichtelement 12 first sealing element
13 zweites Dichtelement 13 second sealing element
14 erstes Kopfende 14 first headboard
15 Sensorkabel 15 sensor cables
16 Anpresselement 16 pressure element
17 Innenfläche des Gehäuses17 inner surface of the housing
18 Befestigungsklammer 18 mounting bracket
19 zweites Kopfende 19 second headboard
20 Gehäuseverschluss 20 case closure
21 Kabelverschraubung 21 cable gland
22 Halterelement 22 holder element
23 Anschlussstift 23 connection pin
24 Schiene 24 rail
25 Befestigungselement 25 fastener
26, 26‘ Backenschiene 26, 26' stock rail
27, 27‘ Zungenschiene 27, 27' tongue bar
28 Übergeordnete Steuerung28 Higher-level control
29 Wettersensor 29 weather sensor
30 Temperatursensor 30 temperature sensor
31 Regensensor 31 rain sensor
32 Gehäusemantel 32 housing jacket
33 ringförmige Vertiefung 33 annular depression

Claims

Patentansprüche Patent claims
1. Weichenheizvorrichtung (1 ) zum Beheizen und Anbringen an einer Weiche für ein schienengebundenes Verkehrssystem, mit einem Heizelement (2), einem am Heizelement (2) angeordneten Anschlusskopf (3) mit einem Gehäuse (9), einem ausserhalb des Anschlusskopfes (3) angeordneten Temperatursensor (4) und einem aus dem Anschlusskopf (3) führenden Anschlusskabel (11 ), dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit (5) innerhalb des Gehäuses (9) des Anschlusskopfes (3) angeordnet und mit einer Innenfläche (17) des Gehäuses (9) thermisch leitend verbunden ist, wobei die Steuereinheit (5) eine Leiterplatte (10) mit einem Prozessor (6) und einen Leistungsschalter (7) zur Steuerung des Heizelements (2) aufweist, und wobei zwischen dem Leistungsschalter (7) und der Innenfläche (17) des Gehäuses (9) ein Wärmeübertragungselement (8) thermisch leitend angebracht ist, und wobei der Anschlusskopf (3) mit eingeführter Steuereinheit (5) mit Dichtelementen (12, 13) abgedichtet ist. 1. Switch heating device (1) for heating and attaching to a switch for a rail-bound transport system, with a heating element (2), a connection head (3) arranged on the heating element (2) with a housing (9), one outside the connection head (3) arranged temperature sensor (4) and a connection cable (11) leading from the connection head (3), characterized in that a control unit (5) is arranged within the housing (9) of the connection head (3) and has an inner surface (17) of the housing ( 9) is thermally conductively connected, the control unit (5) having a circuit board (10) with a processor (6) and a power switch (7) for controlling the heating element (2), and between the power switch (7) and the inner surface (17) of the housing (9) a heat transfer element (8) is attached in a thermally conductive manner, and the connection head (3) with the control unit (5) inserted is sealed with sealing elements (12, 13).
2. Weichenheizvorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeübertragungselement (8) aus Metall, einer Wärmeleitpaste, einem Wärmeleitgel oder aus einer thermisch leitenden Vergussmasse ist und für die thermisch leitende Verbindung der Steuereinheit mit dem Gehäuse sorgt. 2. Switch heating device (1) according to claim 1, characterized in that the heat transfer element (8) is made of metal, a thermal paste, a thermally conductive gel or a thermally conductive casting compound and ensures the thermally conductive connection of the control unit to the housing.
3. Weichenheizvorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlusskabel (11 ) Leistungsadern zur Übertragung der Leistung von einer Leistungsquelle auf den Anschlusskopf (3) und mindestens eine Steuerader zur Übertragung von Steuerdaten von einer übergeordneten Steuerung auf die Steuereinheit (5) aufweist. 3. Switch heating device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the connecting cable (11) has power cores for transmitting the power from a power source to the connection head (3) and at least one control core for transmitting control data from a higher-level controller to the control unit (5).
4. Weichenheizvorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der ausserhalb des Anschlusskopfes (3) angeordnete Temperatursensor (4) über ein Sensorkabel (15) mit der Steuereinheit (5) verbunden ist. Weichenheizvorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Steuereinheit (5) und der Innenfläche (17) des Gehäuses (9) ein Anpresselement (16) angeordnet ist um die Steuereinheit (5) in Position zu halten. Weichenheizvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpresselement (16) aus Metall oder Kunststoff ist. Weichenheizvorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (9) zylindrisch ist. Verfahren zum Beheizen von Weichen für ein schienengebundenes Verkehrssystem mit einer Weichenheizvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (5) einen in der Steuereinheit (5) vorprogrammierten Sollwert mit einem Wert gemessen durch den Temperatursensor (4) vergleicht um das Heizelement (2) ein- und auszuschalten. Verfahren zum Beheizen von Weichen für ein schienengebundenes Verkehrssystem mit einer Weichenheizvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (5) einen durch eine übergeordnete Steuerung (28) vorgegebenen Sollwert mit einem Wert gemessen durch den Temperatursensor (4) vergleicht um das Heizelement (2) ein- und auszuschalten. Verwendung einer Weichenheizvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zum Heizen einer Weiche für ein schienengebundenes Verkehrssystem. 4. Point heating device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the outside of the connection head (3) arranged temperature sensor (4) is connected to the control unit (5) via a sensor cable (15). Switch heating device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a pressing element (16) is arranged between the control unit (5) and the inner surface (17) of the housing (9) in order to hold the control unit (5) in position. Switch heating device (1) according to one of claims 5, characterized in that the pressing element (16) is made of metal or plastic. Switch heating device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the housing (9) is cylindrical. Method for heating switches for a rail-bound transport system with a switch heating device (1) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the control unit (5) has a setpoint pre-programmed in the control unit (5) with a value measured by the temperature sensor (4 ) compares to switch the heating element (2) on and off. Method for heating switches for a rail-based transport system with a switch heating device (1) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the control unit (5) has a setpoint specified by a higher-level controller (28) with a value measured by the temperature sensor ( 4) compares to switch the heating element (2) on and off. Use of a switch heating device (1) according to one of claims 1 to 7 for heating a switch for a rail-based transport system.
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