DE4338750A1 - Schneeschmelzvorrichtung mit elektromagnetischer Induktionsheizung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Induktionshei­ zungs-Schneeschmelzvorrichtung zur Induktionserhitzung von Schienen durch elektromagnetisch induzierten Strom, der von einer Hochfrequenzstromquelle geliefert wird, um dadurch die Situation zu vermeiden, daß Weichen durch Eisbildung auf ihnen einfrieren und dadurch unbeweglich zum Verstellen sind.

Die Skizze in Fig. 4 zeigt eine Weiche einer Eisenbahn. Die Weiche ist aufgebaut mit einem Paar Schienen 1 (1R (rechts) und 1L (links)), einem Paar Ansatzschienen 2 (2R und 2L), die entlang den Schienen 1 liegen, einer Anzahl von Unterleg­ scheiben und einer Anzahl von Schwellen 4.

Die derart aufgebaute Weiche ist bei Eisbildung auf ihr häu­ fig nicht betriebsbereit zum Umstellen. Um damit zurechtzu­ kommen, sind viele Arten von Heizvorrichtungen verwendet worden. Unter diesen Heizvorrichtungen ist überwiegend die Schneeschmelzvorrichtung mit elektrischen Heizelementen ver­ wendet worden. Diese Heizelemente werden derart angewendet, daß sie an Schwellen oder Schienen angebracht sind. Durch die Heizelemente erzeugte Wärme wird auf die Schwellen oder Schienen übertragen, wodurch das Einfrieren der Schienen ver­ hindert wird. Bei dieser Konstruktion wird eine relativ große Wärmemenge, die auf die Schienen übertragen werden sollte, nach außen abgeleitet. Die Schneeschmelzvorrichtung arbeitet nicht zufriedenstellend in ihrer Schneeschmelzwirkung. Die herkömmliche Schneeschmelzvorrichtung ist also nicht nur un­ zureichend, sondern verbraucht auch viel elektrische Energie.

Um diese Nachteile der Schneeschmelzvorrichtung mit Heizele­ menten zu beseitigen, ist eine Schneeschmelzvorrichtung vor­ geschlagen worden, die auf einem anderen Prinzip beruht, näm­ lich der elektromagnetischen Induktion, das heißt, eine Schneeschmelzvorrichtung mit elektromagnetischer Induktions­ heizung.

Das Diagramm in Fig. 5 zeigt den Gesamtaufbau der Schnee­ schmelzvorrichtung mit elektromagnetischer Induktionsheizung. Fig. 6 ist eine vergrößerte Ansicht der Schneeschmelzvor­ richtung in Fig. 5. In diesen Figuren bezeichnen die Bezugs­ zeichen 1 eine Grundschiene oder Schiene, 4 eine Schwelle, 5 eine Heizspule, 6 eine Hochfrequenzstromquelle und 7 ein Paar Zuführadern. Wie gezeigt, sind Heizspulen 5 an die äußeren Seitenwände der Schiene 1 angefügt (an die obere Schiene 1 in Figur angefügte Heizspulen 5 sind mit gestrichelten Linien angedeutet, da sie an der Außenseite der Schiene 1 angeordnet sind). In Betrieb liefert die Hochfrequenzstromquelle 6 einen Hochfrequenzstrom an die derart an den Schienen 1 angebrach­ ten Heizspulen 5 über die Zuführadern 7 und von diesen ver­ laufende Kabel. Zu diesem Zeitpunkt werden von der Heizspule 5 Magnetflüsse B entwickelt, wie in Fig. 7 gezeigt. Durch die in der Schiene 1 fließenden Magnetflüsse B wird ein Wir­ belstrom EC verursacht. Infolgedessen erzeugt die Schiene 1 selbst Wärme. Bei der Schneeschmelzvorrichtung dieser Art er­ zeugen die Schienen 1 selbst Wärme. Ein Wärmeverlust tritt nur in der Hochfrequenzstromquelle 6 und in den Heizspulen 5 auf. Daher ist die Heizwirkung gut bei geringerem Energiever­ brauch. Diese Tatsache wird tatsächlich bestätigt.

Beim Konstruieren der Schneeschmelzvorrichtung mit elektroma­ gnetischer Induktionsheizung sind die Konstruktionsanforde­ rungen wie beispielsweise Wärmefestigkeit, Wetterbeständig­ keit, Lebensdauer, Vibrationsbeständigkeit und dergleichen sehr streng. Außerdem muß eine Hochfrequenzstromquelle aus­ schließlich für diese Vorrichtung verwendet werden. Die Her­ stellkosten dieser Vorrichtung sind hoch. Aus diesem Grund ist die Schneeschmelzvorrichtung mit elektromagnetischer In­ duktionsheizung praktisch nicht verwendet worden, wogegen die Schneeschmelzvorrichtung mit elektrischen Heizelementen weit verbreitet ist, welche stabil und billig, aber mäßig in der Heizwirkung ist.

Wie oben beschrieben, ist bestätigt worden, daß die Heizwir­ kung der elektromagnetischen Induktionsheizung gut ist, da die Schienen 1 an sich Wärme erzeugen. Die Heizspule 5 wird gewöhnlich so hergestellt, daß sie mit einem wetterfesten Gußgehäuse abgedeckt ist. Die so hergestellten Heizspulenpac­ kungen werden an die Schienen 1 angefügt, wie in den Fig. 5 und 6 gezeigt. Dementsprechend müssen sie die Vibrationen der Schienen 1 aushalten, müssen mechanisch zuverlässig sein und müssen jedem Wetterzustand standhalten. Ferner müssen sie billig sein. Die Heizspulen 5 müssen einfach und leicht an die Schienen 1 an der Seite anzufügen sein, ohne Rücksicht auf die Schienenlänge. Falls eine Mehrzahl von Heizspulen 5 an Schienen 1 unterschiedlicher Länge angebracht wird, ist es schwierig, das Anbringen der Heizspulen zu standardisieren.

Dementsprechend ist die Erfindung in Anbetracht des Obigen ausgeführt worden, und ein Ziel der Erfindung ist die Schaf­ fung einer Schneeschmelzvorrichtung mit elektromagnetischer Induktionsheizung, bei welcher die Heizspulen mechanisch zu­ verlässig und hinsichtlich Wetterbeständigkeit gut sind, niedrig in den Kosten sind und leicht anzubringen sind.

Um dieses Ziel zu erreichen, wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung eine Schneeschmelzvorrichtung mit elektromagne­ tischer Induktionsheizung geschaffen, bei welcher Durchgangs­ löcher in den Schienen in der Weiche für Fahrzeuge so ausge­ bildet sind, daß sie sich zu den Seitenwänden jeder Schiene öffnen, leitende Kabel in einer Windung um das Segment der Schiene zwischen den Durchgangslöchern durch die Durchgangs­ löcher gewickelt sind, wodurch Heizspulen gebildet werden, und eine Hochfrequenzstromquelle den Kabeln Energie zuführt, wodurch die Schienen durch die elektromagnetische Induktions­ wärme erwärmt werden und Schnee, der an und nahe der Weiche vereist, geschmolzen wird.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Schnee­ schmelzvorrichtung mit elektromagnetischer Induktionsheizung geschaffen, bei welcher Durchgangslöcher in den Ansatzschie­ nen in der Weiche für Fahrzeuge so ausgebildet sind, daß sie sich zu den Seitenwänden jeder Schiene öffnen, leitende Kabel in einer Windung um das Segment der Schiene zwischen den Durchgangslöchern durch die Durchgangslöcher gewickelt sind, wodurch Heizspulen gebildet werden, und eine Hochfrequenz­ stromquelle den Kabeln Energie zuführt, wodurch die Schienen durch die elektromagnetische Induktionswärme erwärmt werden und Schnee, der an und nahe der Weiche vereist, geschmolzen wird. In dem ersten und zweiten Aspekt der Erfindung können die Heizspulen mit einer Metallabdeckung abgedeckt sein, wo­ durch sie gegen darauf ausgeübte äußere Kraft geschützt wer­ den, erzeugtes elektromagnetisches Rauschen abgesperrt wird und das Aussickern von entwickeltem Magnetfluß vermindert wird. Ferner kann die Frequenz der Hochfrequenzstromquelle so gewählt werden, daß diese Frequenz Nachrichtenleitungen vor­ beifahrender Züge, automatische Fahrsperreinrichtungen und Überfahrsteuerungen (crossing controllers) wenig beeinflußt.

In der Schneeschmelzvorrichtung mit elektromagnetischer In­ duktionsheizung sind also Durchgangslöcher in den Schienen oder Ansatzschienen so ausgebildet, daß sie sich zu den Sei­ tenwänden jeder Schiene öffnen, leitende Kabel sind um das Segment der Schiene zwischen den Durchgangslöchern durch die Durchgangslöcher gewickelt, wodurch Heizspulen gebildet wer­ den, und ein Hochfrequenzstrom wird den Heizspulen zugeführt. Daher ist der Aufbau der Vorrichtung einfach, und die Arbeit der Spulenanbringung an Ort und Stelle ist leicht.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Skizze des Gesamtaufbaus eines Schneeschmelz­ systems mit elektromagnetischer Induktionsheizung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht der Schneeschmelzvorrich­ tung von Fig. 1;

Fig. 3 eine Schnittansicht einer Schiene mit einer daran angebrachten Schneeschmelzvorrichtung gemäß einer Modifikation der Erfindung;

Fig. 4 eine Skizze der allgemeinen Weiche einer Eisenbahn;

Fig. 5 eine Skizze des Gesamtaufbaus einer herkömmlichen Schneeschmelzvorrichtung mit elektromagnetischer Induktionsheizung;

Fig. 6 eine vergrößerte Ansicht der Schneeschmelzvorrich­ tung von Fig. 5; und

Fig. 7 ein Diagramm zur Erläuterung des Prinzips einer elektromagnetischen Induktionsheizungsvorrichtung.

Die Skizze in Fig. 1 zeigt den Gesamtaufbau einer Schnee­ schmelzvorrichtung mit elektromagnetischer Induktionsheizung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Ansicht der Schneeschmelzvorrichtung von Fig. 1.

Wie gezeigt, öffnen sich Durchgangslöcher 9 zu den Seitenwän­ den der Grundschiene oder Schiene 1. Leitende Kabel 8 sind in einer erforderlichen Anzahl von Windungen (zwei Windungen in den Fig. 1 und 2) um das Segment der Schiene 1 gewickelt, das sich zwischen zwei Durchgangslöchern 9 erstreckt. Die An­ zahl von Windungen der Kabel 8 wird geeignet bestimmt unter Berücksichtigung einer Arbeitsfrequenz einer Hochfrequenz­ stromquelle 6 und darauf abgestimmter Impedanz. Das Bezugs­ zeichen 7 bezeichnet gepaarte Zuführadern, die eine Hochfre­ quenzstromquelle 6 mit leitenden Kabeln 8 verbinden. Die ge­ paarten Zuführadern 7 können aus dem gleichen Material beste­ hen wie die leitenden Kabel 8 oder aus unterschiedlichem Ma­ terial. In jedem Fall muß die Induktanz der Adern geeignet gewählt werden, da ein Hochfrequenzstrom durch sie hindurch­ geht. Die Verwendung flexibler Zuführadern 7 stellt eine zu­ verlässige Verbindung der leitenden Kabel 8 mit den Schienen 1 sicher. Um die Montagearbeit der Vorrichtung an Ort und Stelle zu standardisieren, werden vorzugsweise die Länge L1 der in Fig. 1 gezeigten gepaarten Zuführadern 7, der Abstand L2 der in Fig. 2 gezeigten Durchgangslöcher 9 und die Anzahl Windungen der leitenden Kabel 8 im voraus gewählt.

Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht einer Schiene mit einer daran angebrachten Schneeschmelzvorrichtung gemäß einer Modi­ fikation der Erfindung. Wie in der Figur ersichtlich, sind die leitenden Kabel 8 mit einer Metallabdeckung 10 überdeckt. Die Metallabdeckung 10 schützt die Kabel 8 gegen äußere Kraft, die darauf ausgeübt würde, und schirmt ferner durch die Kabel 8 erzeugtes elektromagnetisches Rauschen ab. Ins­ besondere wird der von den Kabeln 8 entwickelte Magnetfluß innerhalb der Metallabdeckung 10 eingeschlossen. Die Schienen 1 und die Metallabdeckung 10 können wirksam erwärmt werden. Es ist fast unmöglich, das elektromagnetische Rauschen voll­ kommen abzuschirmen. Daher wird die Arbeitsfrequenz der Hoch­ frequenzstromquelle 6 so gewählt, daß das Rauschen die Nach­ richtenleitungen, automatische Fahrsperreinrichtungen und Überfahrsteuerungen in dem Zug nicht beeinflußt.

Ein übermäßiges Erwärmen der Schienen muß vermieden werden. Die Schienentemperatur muß angemessen eingestellt werden ge­ mäß der Umgebungstemperatur, dem Schneefallzustand und dem Gefrierzustand. Um dies zu verwirklichen, werden Sensoren zum Abtasten der Schienentemperatur und eine Steuereinrichtung vorgesehen. Die Steuereinrichtung steuert die an den Schienen 1 angebrachte Schneeschmelzvorrichtung entsprechend den abge­ tasteten Schienentemperaturwerten so, daß die Schienentempe­ ratur auf einem voreingestellten Temperaturwert gehalten wird. Mit einer solchen Handhabung kann die Operation zum Verhindern des Einfrierens der Schienen wirksam durchgeführt werden.

Die Heizelemente oder Heizspulen sind im allgemeinen an den Schienen angebracht. Der Grund dafür ist der, daß Vibration, Stoß und dergleichen der Ansatzschienen 2 es schwer machen, eine stabile und zuverlässige Anbringung der Heizspulen an den Ansatzschienen 2 sicherzustellen. Wenn die Heizspulen in­ stabil und unzuverlässig angebracht sind, können sie beschä­ digt oder gelockert werden oder abrutschen oder dergleichen. Es wird hier bemerkt, daß in der Erfindung die Heizspulen um die Segmente der Schienen 1 zwischen den Durchgangslöchern 9 durch die Durchgangslöcher an sich gewickelt sind. Anders ausgedrückt sind die Heizspulen gegen Vibration, Stoß und dergleichen selbst dann stabil, wenn sie gemäß der Erfindung an den Ansatzschienen 2 angebracht sind. Daher kann die Schneeschmelzvorrichtung mit elektromagnetischer Induktions­ heizung ebenso an den Ansatzschienen 2 anstelle der in Fig. 1 bis 3 gezeigten Schienen 1 angewendet werden.

Wie oben beschrieben, sind in der Erfindung Kabel um ein spe­ zielles Segment zwischen Durchgangslöchern, die sich zu den Seitenwänden jeder Schiene öffnen, durch die Durchgangslöcher gewickelt. Dementsprechend werden besonders konstruierte Heizspulen nicht benötigt. Die Schneeschmelzvorrichtung der Erfindung ist, wenn sie an den Schienen angebracht ist, effi­ zienter arbeitsfähig und billiger bei geringerem Energiever­ brauch im Vergleich zu der Schneeschmelzvorrichtung mit elek­ trischer Heizung. Ferner ist sie haltbarer sowie vibrations­ beständiger, und die Heizspulen können leicht und einfach an den Schienen angebracht werden.

Die obige Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist zum Zweck der Erläuterung und Beschreibung vor­ gelegt worden. Sie soll nicht erschöpfend sein oder die Er­ findung genau auf die offenbarte Form beschränken, und Modi­ fikationen und Veränderungen sind im Licht der obigen Lehren möglich oder können aus der Ausübung der Erfindung gewonnen werden. Die Ausführungsformen wurden gewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Erfindung und ihrer praktischen Anwen­ dung zu erläutern und damit einen Fachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen und mit verschiedenen Modifikationen zu nutzen, die für die spezielle erwogene Anwendung geeignet sind. Der Rahmen der Erfindung soll durch die Ansprüche und ihre Äquivalente defi­ niert werden.

Claims (7)

1. Schneeschmelzvorrichtung mit elektromagnetischer Induk­ tionsheizung, gekennzeichnet durch
eine Stromquelle (6),
ein elektrisch leitendes Kabel (8), das in wenigstens einer Windung um ein Segment einer Schiene (1) in einer Wei­ che gewickelt ist durch Durchgangslöcher (9), welche in der Schiene (1) ausgebildet sind, wobei das Segment der Schiene (1) zwischen zwei der Durchgangslöcher (9) definiert ist,
und ein an die Stromquelle (6) und das leitende Kabel (8) angeschlossenes Zuführkabel (7), durch das dem leitenden Ka­ bel (8) Energie von der Stromquelle (6) zugeführt wird, um die Schiene (1) zu erwärmen.

2. Schneeschmelzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangslöcher (9) durch die Sei­ tenwände der Schiene (1) hindurch ausgebildet sind.

3. Schneeschmelzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangslöcher (9) in einer Ansatz­ schiene (2) in der Weiche für Fahrzeuge ausgebildet sind.

4. Schneeschmelzvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Metallabdeckung (10) zum Abdecken des leitenden Kabels (8).

5. Schneeschmelzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle (6) eine Hochfrequenz­ stromquelle umfaßt.

6. Schneeschmelzvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Hochfrequenzstromquelle (6) so gewählt ist, daß diese Frequenz die Nachrichtenleitun­ gen vorbeifahrender Züge, automatische Fahrsperreinrichtungen und Überfahrsteuerungen wenig beeinflußt.

7. Schneeschmelzvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Ermitteln der Temperatur der Schiene (1) und eine Einrichtung zum Einstellen der ermittel­ ten Temperatur der Schiene (1) auf einen vorbestimmten Wert.