DE2125783C3

DE2125783C3 - Device for heating traffic routes exposed to the free atmosphere

Info

Publication number: DE2125783C3
Application number: DE19712125783
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz 6101 Bickenbach Protze
Original assignee: Eltra GmbH and Co KG Leicht und Trambauer
Current assignee: Eltra GmbH and Co KG Leicht und Trambauer
Priority date: 1971-05-25
Filing date: 1971-05-25
Publication date: 1975-08-21
Also published as: DE2125783B2; DE2125783A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beheizung von der freien Atmosphäre ausgesetzten Verkehrswegen, insbesondere von Straßendecken oder Weichen, mit wenigstens einer Heizeinrichtung, die über einen temperaturgesteuerten Schalter betätigbar ist (DT-OS 1658 520).The invention relates to a device for heating traffic routes exposed to the free atmosphere, in particular of road surfaces or switches, with at least one heating device that can be operated via a temperature-controlled switch (DT-OS 1658 520).

Straßendecken und Weichen werden in zunehmendem Maße beheiz^. Durch Eis und Schnee kann der Verkehr stark behindert werden oder gar zum Erliegen kommen.Road surfaces and switches are increasingly being heated. He can go through ice and snow Traffic are severely hindered or even come to a standstill.

In Gleisanlagen sind die Weichen am stärksten gefährdet. Schon durch verhältnismäßig geringe Schneeoder Eismengen kann das Umlegen einer Weiche behindert sein. Eine Schnee- und Eisentfernung durch Arbeitskräfte kostet Zeit, daher sind Zugverspätungen die Folge.The switches are most at risk in track systems. Even relatively small amounts of snow or ice can hinder the turning of a switch be. Workers take time to remove snow and ice, so train delays are the most important Episode.

Auf Straßen bildet sich Schnee· und Eisglätte zuerst und verstärkt an freier liegenden Straßenkreuzungen und Verkehrsknotenpunkten sowie auf Brücken; sie wirkt sich an solchen Stellen viel stärker verkehrsbehindernd und verkehrsgefährdend aus. als es im übrigen Straßenbereich der Fall ist. Bekannt sind die Schwierigkeiten beim Anhalten und Anfahren an Verkehrskno tenpjnkten auf glatter Fahrbahn; Fahrzeuge, die auf vereisten Brücken oder Überführungen ins Schleudern geraten, können zu schweren Unfällen führen.On roads, snow and ice form first and increasingly at more free intersections and transport hubs as well as on bridges; it has a much stronger effect on traffic in such places and dangerous to traffic. than is the case in the rest of the road area. The difficulties are well known when stopping and starting at traffic junctions on a slippery road surface; Vehicles that are on Skidding on icy bridges or overpasses can lead to serious accidents.

Der zunehmend größere Einsatz von Straßendekkenheizungen und Weichenheizungen, der die erwähnten Verkehrsbehinderungen und Verkehrsgefährdungen verhindern oder zumindest verringern soll, bedingt einen insgesamt sehr hohen Energiebedarf während der Einschaltzeit solcher Heizanlagen in einem bestimmten Gebiet. Es wäre daher schon aus Gründen des Energieverbrauchs nicht zweckmäßig, durch Dauerbetrieb solcher Verkehrswegeheizungen die Straßen- oder Scbienentemperatur beispielsweise schon bei 0⁰C Außentemperatur auf einen positiven Temperaturwert anzuheben. Selbst bei sehr tiefen Außentemperaturen ist eine Dauerbeheizung von Straßendecken oder Weichen nur selten notwendig.The increasing use of street ceiling heating and point heating, which is intended to prevent or at least reduce the aforementioned traffic obstructions and traffic hazards, requires a very high overall energy requirement during the switch-on time of such heating systems in a certain area. For reasons of energy consumption alone, it would therefore not be expedient to raise the street or rail temperature to a positive temperature ^{value at an outside temperature of 0 ° C., for example, by continuously operating such traffic route heating systems.} Even when the outside temperature is very low, continuous heating of road surfaces or switches is rarely necessary.

Bei einer bekannten elektrischen Schaltvorrichtung der eingangs genannten Art wird das Einschalten der Heizung durch mehrere Meßfühler für LufttemperaturIn a known electrical switching device of the type mentioned, switching on the Heating by several sensors for air temperature

ίο und -feuchte bewirkt, sobald der von jedem Meßfühler ermittelte Wert in einem bestimmten Bereich liegt, wobei mindestens einer der Meßfühler ein temperaturgesteuerter Schalter ist (Straßen- und Tiefbau 1959, H. 6, S. 433; US-PS 3 408 477). Das Abschalten wird bewirkt, sobald einer der Meßfühler den für die Einschaltung vorgegebenen Meßwertbereich verläßt, d. h. die Vorrichtung wird auch abgeschaltet, wenn der Temperaturfühler des teniperaturgesteuerten Schalters eine über dem Ansprechwert liegende Temperatur registriert.ίο and moisture causes as soon as the from each sensor determined value lies in a certain range, with at least one of the sensors being a temperature-controlled Switch is (Straßen- und Tiefbau 1959, H. 6, p. 433; US-PS 3,408,477). The shutdown is effected as soon as one of the sensors leaves the measured value range specified for activation, d. H. the device is also switched off if the temperature sensor of the temperature-controlled switch has an over the temperature lying close to the response value.

Wenn dieser Temperaturfühler nicht in der Nähe des zu beheizenden Objekts angebracht ist, bleibt die Heiz anlage bei der bekannten Schaltvorrichtung bei einer Lufttemperatur unter dem Gefrierpunkt auch eingeschaltet, wenn der Zweck der Beheizung, nämlich das Abschmelzen von Eis oder Schnee, bereits erreicht ist, so daß unnötig Energie verbraucht wird. Wenn der Temperaturfühler aber in der Nähe des zu beheizenden Objekts, beispielsweise in der Straßendecke oder an der Schiene angebracht ist, registriert er einen höheren, zur Abschaltung der Heizanlage führenden Temperaturwert bereits zu einem Zeitpunkt, zu dem das Abtauen möglicherweise noch nicht vollständig durchgeführt ist.If this temperature sensor is not installed near the object to be heated, the heating remains The system in the known switching device is also switched on at an air temperature below freezing point, when the purpose of heating, namely melting ice or snow, has already been achieved, so that energy is used up unnecessarily. But if the temperature sensor is close to the Object, for example in the road surface or on the rail, it registers a higher, temperature value leading to the shutdown of the heating system at a time when defrosting may not have been completed yet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Schwierigkeiten zu überwinden und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei einfachem und wenig störanfälligem Aufbau die Einschaltzeiten der Heizeinrichtung den Witterungsbedingungen der Umgebung, wie Lufttemperatur und -feuchte, Windgeschwindigkeit und Niederschläge, anpaßt, um den Energieverbrauch auf das notwendige Maß zu beschränken, ohne die Wirksamkeit der Beheizung zu beeinträchtigen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäU dadurch gelöst, daß eine mit der freien Atmosphäre in Wärmekontakt stehende Wärmeleitbrücke vorgesehen ist, über welche der temperaturgesteuerte Schalter mit einem zur Steuerung der Einschaltzeiten der Heizeinrichtung dienenden Heizwiderstand wärmeleitend verbunden ist, und daß der Heizwiderstand zu der Heizeinrichtung parallel geschaltet ist. Die Zeitverzögerungjür das Abschalten wird dabei zum einen durch die Heizleistung des Heizwiderstandes und die Wärmeleitfähigkeit der Wärmeleitbrücke bestimmt, zum anderen durch die Wärmeabgabe aus der Wärmeleitbrücke an die Umgebung, wobei mehrere Witterungsfaktoren das Maß der Wärmeabgabe entscheidend beeinflussen.The invention is based on the object of overcoming the difficulties outlined above and of creating a device of the type mentioned at the outset which, with a simple and less fault-prone structure, adapts the switch-on times of the heating device to the ambient weather conditions, such as air temperature and humidity, wind speed and precipitation, in order to limit the energy consumption to the necessary level without impairing the effectiveness of the heating.
This object is achieved according to the invention in that a heat-conducting bridge is provided in thermal contact with the free atmosphere, via which the temperature-controlled switch is connected in a thermally conductive manner to a heating resistor used to control the switch-on times of the heating device, and in that the heating resistor is connected in parallel to the heating device. The time delay for switching off is determined on the one hand by the heating power of the heating resistor and the thermal conductivity of the heat conducting bridge, and on the other hand by the heat dissipation from the heat conducting bridge to the environment, with several weather factors having a decisive influence on the amount of heat dissipation.

Es ist an sich bekannt, bei Kochplatten zur Verbindung des eingebauten temperaturgesteuerten Schalters mit der Heizvorrichtung der Kochplatte eine Wärmeleitbrücke zu verwenden (DT-AS 1 301 404), jedoch soll diese dort so kurz wie möglich und tunlichst von Umwelteinflüssen abgeschirmt sein, denn bei einer Kochplatte soll die eingestellte Temperatur möglichst konstant gehalten werden, und dazu müssen die Zeitkonstante und Hysterese der Regelstrecke klein sein.It is known per se, in the case of hot plates, to connect the built-in temperature-controlled switch to use a heat conducting bridge with the heating device of the hotplate (DT-AS 1 301 404), but should this must be shielded from environmental influences as briefly as possible and as far as possible, because with a hotplate the set temperature should be kept as constant as possible, and for this the time constant and the hysteresis of the controlled system must be small.

Demgegenüber dient die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendete Wärmeleitbrücke zur verzö-In contrast, the heat conducting bridge used in the device according to the invention serves to delay

jerten und durch die Umweltbedingungen beeinflußten Aufschaltung eines Rückkopplungssignals auf den temperaturabhängigen Schalter, das von einer von diesem geschalteten Wärmequelle in Form eines Heizwiderstandes ausgeht — Insofern sind dieser Heizwiderstand und die Wärmeleitbrücke einem thermischen Modell vergleichbar, wie es be" Nachtstrom-Speicherheizungen als Abbild des zu beheizenden Gebäudes verwendet wird Bei einer bekannten Ausführung wird das thermische Modell — wie sein Vorbild, djs Gebäude — dauernd auf konstanter Temperatur gehalten, und dL hierfür erforderlichen Aufheizzeiten werden in einem aufwendigen Ferraris-Meßwerk mit zwei gegenläufigen Triebsystemen summiert das danach die Speicherheizung steuert, mit der aber das thermische Modell weder direkt noch indirekt in Verbindung steht Demgegenüber stellt bei der Erfindung das thermische Model! die Verhältnisse am beheizten Objekt einschließlich seiner Heizvorrichtung dar, und die Wärmeleitbrücke führt in die Regelstrecke »ine Zeitkonstante und ein Hystereseverhalten ein, durch deren Wahl die Vorrichtung den jeweiligen Objekten und Klimaverhältnissen mit einfachsten Mitteln, ohne komplizierte Meß- und Regelglieder, angepaßt werden kann.and influenced by the environmental conditions Connection of a feedback signal to the temperature-dependent Switch operated by a heat source switched by this in the form of a heating resistor goes out - In this respect, this heating resistor and the heat conducting bridge are thermal Model comparable to how it be "Night-time storage heaters is used as an image of the building to be heated the thermal model - like its model, djs building - is kept at a constant temperature, and dL for this required heating times are in a complex Ferraris measuring mechanism with two counter-rotating Drive systems add up that then controls the storage heater, but with the thermal Model is neither directly nor indirectly connected. In contrast to the invention, the thermal Model! represents the conditions on the heated object including its heating device, and the heat conducting bridge introduces a time constant and a hysteresis behavior into the controlled system, through the choice of which the Device the respective objects and climatic conditions with the simplest means, without complicated Measuring and control elements, can be adapted.

Der besondere und im Ergebnis überraschende Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt darin, daß als Meßfühler nur ein Temperaturfühler vorgesehen ist, während bekannte Vorrichtungen noch weitere Temperaturfühler und Feuchtigkeitsfühler verwenden, daß aber mit der Vorrichtung außer der Temperatur auch noch andere Witterungsgrößen erfaßt worden, die einen Einfluß auf den Wärmeübergang von der Wärmeleitbrücke auf die Umgebung haben, wie Luftfeuchtigkeit und Windgeschwindigkeit; auch Niederschläge können einbezogen werden, indem ihnen das Gehäuse der Schaltvorrichtung ausgesetzt wird. Gerade diese Größen beeinflussen aber auch die Abkühlgeschwindigkeit des zu beheizenden Objektes und sind daher von ausschlaggebender Bedeutung für die zu wählende Länge des Heizintervalls und des Abschaltintervalls, d. h. des Taktverhältnisses.The particular and, as a result, surprising advantage of the device according to the invention is that that only a temperature sensor is provided as a sensor, while known devices still have more Use temperature sensors and humidity sensors, but with the device apart from the temperature Other weather parameters have also been recorded which have an influence on the heat transfer from the heat conducting bridge on the environment, such as humidity and wind speed; also rainfall can be included by exposing the switchgear housing to them. Just this one However, variables also influence the cooling speed of the object to be heated and are therefore of decisive importance for the length of the heating interval and the switch-off interval to be selected, d. H. of the clock ratio.

Um die in der Nähe des zu beheizenden Objekts herrschenden Witterungsverhältnisse als Faktoren für die Bemessung des Taktverhältnisses heranzuziehen, ordnet man zweckmäßigerweise die Wärmeleitbrücke in dessen Nähe an.In order to use the weather conditions in the vicinity of the object to be heated as factors for To use the dimensioning of the clock ratio, it is expedient to arrange the heat conduction bridge near it.

Um eine Voreinstellmöglichkeit fur die Schaltvorrichtung zu schaffen, ist es zweckmäßig, die Heizleistung des Heizwiderstandes einstellbar zu machen, vorzugsweise durch einen mit dem Heizwiderstand in Reihe geschalteten Stellwiderstand.In order to create a presetting option for the switching device, it is useful to set the heating power to make the heating resistor adjustable, preferably by one with the heating resistor in series switched variable resistor.

Weiter kann es zweckmäßig sein, zwischen Schalter und Heizwiderstand eine von der Wärmeleitbrücke durchbrochene Wärmedämmschicht anzuordnen, um die Wärmeübertragung vom Heizwiderstand zum Schalter auf den durch die Wärmeleitbrücke vorgegebenen Weg zu beschränken und eine Beeinflussung durch Wärmestrahlung oder Konvektion auszuschalten. It can also be useful to place one of the heat conduction bridges between the switch and the heating resistor to arrange perforated thermal insulation layer to the heat transfer from the heating resistor to Restrict switches to the path given by the thermal bridge and have an influence to be switched off by thermal radiation or convection.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in vereinfachter Darstellung einen temperaturgesteuerten Schalter und den zugehörigen Schaltkreis.An embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the drawing. These shows a simplified representation of a temperature-controlled switch and the associated circuit.

Die Vorrichtung weist einen temperaturgesteuerten Schalter 1 auf, der mit einem Heizwiderstand 2 über eine dazwischen angeordnete Wärmeleitbrücke 3, beispielsweise einen Stab aus wärmeleitendem Werkstoff, verbunden ist, so daß eine Wärmeübertragung von dem Heizwiderstand auf den Schalter erfolgen kann. Ein Gehäuse 4 umschließt Schalter, Widerstand und Wärmeleitbrücke.
Der Schalter 1 schließt bei fallender Temperatur, beispielsweise bei Unterschreitung des Nullpunktes, einen Siromkreis, durch den der Heizwiderstand 2 an eine Stromquelle 5 gelegt wird; zugleich wird auch eine Objektheizung 6, beispielsweise die Heizwiderstände einer Straßendeckenheizung oder einer Weichenheizung, mitThe device has a temperature-controlled switch 1, which is connected to a heating resistor 2 via a heat-conducting bridge 3 arranged between them, for example a rod made of heat-conducting material, so that heat can be transferred from the heating resistor to the switch. A housing 4 encloses the switch, resistor and thermal bridge.
When the temperature falls, for example when the temperature falls below zero, the switch 1 closes a Sirom circuit through which the heating resistor 2 is connected to a power source 5; At the same time, an object heating system 6, for example the heating resistors of a road surface heating system or a point heating system, is also included

ίο der Stromquelle 5 verbunden. Dies erfolgt üblicherweise durch indirekte Schaltung über ein Schütz, das den Heizstromkreis schließt Bei der nur andeutungsweise dargestellten Objektheizung kann es sich auch um einen Brenner für feste, flüssige oder gasförmige Brennstoffe handeln, der direkt eingeschaltet wird.ίο the power source 5 connected. This is usually done by indirect switching via a contactor that closes the heating circuit object heating shown, it can also be a burner for solid, liquid or gaseous Trade fuels that are switched on directly.

Die vom Heizwiderstand 2 erzeugte Wärme wird über die Wärmeleitbrücke 3 zu dem temperaturgesteuerten Schalter 1 geführt, deren Wärmeleitfähigkeit so bemessen ist, daß das Einschaltintervall der Objektheizung zum Abtauen von Schnee und Eis ausreicht, bevor der temperaturgesteuerte Schalter auf Grund der über die Brücke zugeführten Wärme abschaltet und die Stromkreise der Objektheizung 6 und des Heizwiderstandes 2 unterbricht. Die in der Wärmeleitbrücke gespeicherte Wärme hält jetzt den temperaturgesteuerten Schalter so lange offen, bis an die Umgebung ausreichend Wärme abfließen konnte, so daß die Temperatur am Schalter wieder unter den Ansprechwert absinkt. The heat generated by the heating resistor 2 is conducted via the heat conducting bridge 3 to the temperature-controlled switch 1, the thermal conductivity of which is such that the switch-on interval of the object heating is sufficient to thaw snow and ice before the temperature-controlled switch switches off due to the heat supplied via the bridge and the circuits of the object heating 6 and the heating resistor 2 are interrupted. The heat stored in the heat conducting bridge now keeps the temperature-controlled switch open until sufficient heat has been able to flow off to the surroundings, so that the temperature at the switch falls below the response value again.

Um die über die Wärmeleitbrücke fließende Wärme genau bemessen zu können, ist zwischen dem Heizwiderstand 2 und dem Schalter 1 eine Wärmedämmschicht 7 angeordnet, die von der Wärmeleitbrücke 3 durchbrochen wird. Das Schaltintervall des Schalters, der beispielsweise als Anlagethermostat in der Heizanlage beschaltet ist und in direktem Wärmekontakt mit der Wärmeleitbrücke steht, läßt sich durch die vorgewählte Schalttemperaturdifferenz des Schalters und durch die Wärmeleitfähigkeit und Masse der Wärmeleitbrücke bestimmen. Zusätzlich läßt sich das Schaltintervall extern durch Veränderung der Heizleistung des Widerstandes 2 einstellen, indem ein mit diesem in Reihe geschalteter Stellwiderstand 8 verstellt wird.
Bei relativ hohen Außentemperaturen und einer geringen Abkühlung der Vorrichtung durch Wind und Feuchtigkeit kann der Heizwiderstand die Speichermasse der Wärmeleitbrücke in verhältnismäßig kurzer Zeit aufheizen und somit die zur Abschaltung notwendige Wärme rasch an den temperaturgesteuerten Schalter heranführen. Bei dieser Wetterlage ist die Heizzeit also verhältnismäßig kurz. Die Ausschaltzeit ist dagegen stark verlängert, weil die in der Wärmeleitbrücke 3 gespeicherte Wärme auf Grund der wetterbedingt geringen Wärmeabfuhr an die Umgebung längere Zeit gespeichert bleibt.In order to be able to precisely measure the heat flowing over the heat conducting bridge, a thermal insulation layer 7 is arranged between the heating resistor 2 and the switch 1 and is broken through by the heat conducting bridge 3. The switching interval of the switch, which is connected, for example, as a system thermostat in the heating system and is in direct thermal contact with the heat conducting bridge, can be determined by the preselected switching temperature difference of the switch and by the thermal conductivity and mass of the heat conducting bridge. In addition, the switching interval can be set externally by changing the heating power of the resistor 2 by adjusting a variable resistor 8 connected in series with it.
At relatively high outside temperatures and a slight cooling of the device by wind and moisture, the heating resistor can heat up the storage mass of the heat conducting bridge in a relatively short time and thus quickly bring the heat required for shutdown to the temperature-controlled switch. In this weather the heating time is relatively short. The switch-off time, on the other hand, is greatly extended because the heat stored in the heat conducting bridge 3 remains stored for a longer period of time due to the low heat dissipation to the environment due to the weather.

Bei tiefen Außentemperaturen und/oder starker Abkühlung durch Wind oder Luftfeuchtigkeit wird die Aufheizung der Wärme'eitbrücke durch einen ständigen starken Wärmeslrom, der von der Außenluft abgeführt wird, stark verzögert. Wenn der temperaturgesteuerte Schalter dann abgeschaltet hat, sorgt der gleiche starke Wärmestrom für eine verhältnismäßig schnelle Wiedereinschaltung. Die Einschaltdauer der Objektheizung wird daher bei dieser Frost-Wetterlage verlängert und die Ausschaltdauer verkürzt.At low outside temperatures and / or strong cooling due to wind or humidity, the The heat transfer bridge is heated up by a constant, strong flow of heat which is carried away from the outside air is greatly delayed. When the temperature-controlled switch has switched off, the same thing takes care of strong heat flow for a relatively quick restart. The duty cycle of the Object heating is therefore extended in this frosty weather situation and the switch-off time is shortened.

Der Anwendungsbereich der Erfindung ist nicht auf den Einsatz der beschriebenen Schaltvorrichtung bei Weichenheizungen von Gleisanlagen und Straßendek-The scope of the invention does not apply to the use of the switching device described Point heating of track systems and road cover

kenheizungen beschränkt, sondern erstreckt sich auch auf andere Objektheizungen, die für bestimmte Zeitintervalle eingeschaltet werden sollen, wobei das Taktverhältnis zwischen Ein- und Ausschaltung von der Temperatur des Objektes unter Berücksichtigung der allgemeinen Wetterverhältnisse der Umgebung beeinflußt werden soll.kenheizungen limited, but also extends to other object heating that for certain time intervals should be switched on, with the cycle ratio between switching on and off of the Temperature of the object influenced taking into account the general weather conditions of the environment shall be.

Um bei extremen Frostwetterlagen, bei denen keine Niederschläge auftreten können, die Schaltvorrichtung aber trotzdem ansprechen würde, die Vergeudung von Heizenergie zu verhindern, wird man in Weiterbildung des Gedankens in den Steuerspannungskreis des temperaturgesteuerten Schalters einen Hygrostat-Schalter legen, der bei Unterschreiten einer relativen Luftfeuchtigkeit, bei der unabhängig von der Lufttemperatur kein Niederschlag auftreten kann, die Steuerspannung abschaltet.To use the switching device in extreme frosty weather conditions, in which no precipitation can occur but would still appeal to prevent the waste of heating energy, one is in further training of thought in the control voltage circuit of the temperature-controlled Switch a hygrostat switch, which, if the relative humidity falls below, at which no precipitation can occur regardless of the air temperature, the control voltage turns off.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Device for heating from the free atmosphere exposed traffic routes, in particular from road surfaces or switches, with at least a heating device, which can be actuated via a temperature-controlled switch, thereby characterized in that a heat-conducting bridge which is in thermal contact with the free atmosphere (3) is provided, via which the temperature-controlled switch (1) with a control the switch-on times of the heating device (6) serving heating resistor (2) connected in a thermally conductive manner is, and that the heating resistor (2) is connected in parallel to the heating device (6).

2. Device according to Claim 1, characterized in that that the heating power of the heating resistor (2) is adjustable, preferably by a with variable resistor (8) connected in series to the heating resistor (2).

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that between the Temperaturgesieuerten Switch (1) and the heating resistor (2) one of the heat conducting bridge (3) perforated Thermal insulation layer (7) is arranged.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the control voltage circuit of the temperature-controlled switch (1) is a hygrostat switch