SCHIENEN- BZW. WEICHENHEIZUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schienen-/Weichenheizung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 . Die Erfindung betrifft außerdem eine Schiene oder eine Weiche mit einer derartigen Schienen-/Weichenheizung.

Um die Funktionsfähigkeit von Weichen auch im Winter und unter niedrigen Temperaturen, insbesondere bei Temperaturen unter 0°C einwandfrei gewährleisten zu können, werden sogenannte Weichenheizungen eingesetzt, die ein Blockieren der Weiche durch Eis und Schnee verhindern sollen. Hierzu werden heutzutage konventionelle, hauptsächlich elektrische oder gasbefeuerte Heizsysteme eingesetzt. Eine derartige elektrisch oder mit Gas betriebene Heizeinrichtung ist jedoch nicht nur wartungsintensiv, sondern zudem auch vergleichsweise teuer im Betrieb.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine Schienen-/Weichenheizung der gattungsgemäßen Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die insbesondere wartungsfreundlich und kostengünstig ist.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, ein aus dem Hausbereich bekanntes Heizprinzip nunmehr erstmals auf die Beheizung von Schienen bzw. Weichen zu übertragen, so dass eine erfindungsgemäße Schie- nen-/Weichenheizung eine Erdwärmesonde aufweist und mittels Geothermie, das heißt mittels Erdwärme, beheizt werden kann. Eine derartige geothermische Beheizung von Weichen bzw. Schienen ist insbesondere unter dem Gesichtspunkt der Betriebskosten und der Umweltverträglichkeit deutlich besser als bisher bekannte elektrische oder gasbetriebene Heizsysteme. Die erfindungsgemäße Schienen-/Weichenheizung ist dabei derart ausgebildet, dass sie ohne separate Wärmepumpe auskommt, so dass sie nicht nur im Betrieb, sondern auch in der Konstruktion und Herstellung deutlich kostengünstiger ist als bisher bekannte Heizsysteme. Erfindungsgemäß umfasst die Wärmetauscherplatte eine obere Abdecklage, eine untere Abdecklage sowie eine dazwischen angeordnete Zwischenlage. Vorzugsweise sind dabei die obere Abdecklage, die untere Abdecklage und/oder die Zwischenlage aus Blech ausgebildet. In der Zwischenlage selbst sind Strömungskanäle sowohl für das aufsteigende dampfförmige Kältemittel als auch für das flüssige zurückströmende Kältemittel vorhanden. Die Strömungskanäle können dabei in der einen Richtung vom aufsteigenden dampfförmigen Kältemittel und in der anderen Richtung gleichzeitig vom flüssigen zurückströmenden Kältemittel genutzt werden. Durch den dreilagigen Aufbau der erfindungsgemäßen Wärmetauscherplatte kann diese konstruktiv sehr einfach aufgebaut werden, wobei die einzelnen Lagen vorzugsweise fluiddicht miteinander verlötet sind. Gleichfalls weist die Schienen-/Weichenheizung eine mit einer Schiene in wärmeübertragenden Kontakt bringbare Wärmetauscherplatte sowie die daran angeschlossene und in den Untergrund eindringende Erdwärmesonde auf. In der Erdwärmesonde und in der Wärmetauscherplatte ist zumindest ein Kondensat- und Dampfkanal angeordnet, so dass ein Kältemittel in der Art einer sogenannten Heatpipe bzw. eines Thermosiphons darin zirkulieren kann. Das Kältemittel kondensiert dabei in der Wärmetauscherplatte durch eine Wärmeabgabe an die zu beheizende Schiene und wird dadurch verflüssigt und fließt über den Kondensat- und Dampfkanal nach unten in die Erdwärmesonde. Aufgrund der vorhandenen Erdwärme wird nunmehr das verflüssigte Kondensat wieder verdampft und steigt im Kondensat- und Dampfkanal nach oben zurück in die Wärmetauscherplatte. Dort angelangt erfolgt wiederum eine Wärmeübertragung an die Schiene und damit ein Verflüssigen des gasförmigen Kältemittels, wodurch ein stetiges und ohne externe Energiezufuhr auskommendes Heizsystem zum Beheizen der Schiene bzw. der Weiche geschaffen werden kann.

Generell kann die Erdwärmesonde auch in der Art eines Thermosiphons, das heißt eines schwerkraftgetriebenen Wärmerohrs ausgebildet sein, so dass das Kältemittel ausschließlich aufgrund der Schwerkraft in der Erdwärmesonde und insbesondere in deren Kondensat- und Dampfkanal zirkuliert. Dringt die Erdwärmesonde nahezu senkrecht in das Erdreich ein, so fließt das Kältemittel oder generell ein Wärmeübertragungsmedium, selbstständig von der Wärmetauscherplatte aufgrund der Schwerkraft in die Erdewärmesonde zurück, in welcher es aufgrund der vorhandenen Erdwärme wieder verdampft und über den Kondensat- und Dampfkanal nach oben in die Wärmetauscherplatte aufsteigt. Dort kondensiert das Kältemittel bzw. generell das Wärmeübertragungsmedium aufgrund der Wärmeabgabe an die zu beheizende Schiene und strömt flüssig, z.B. entlang einer Innenwandung des Kondensat- und Dampfkanals, entgegen des aufsteigenden Dampfes zurück zur Erdwärmesonde. Eine derartig ausgebildete Erdwärmesonde funktioniert somit ausschließlich aufgrund der vorhandenen Temperaturunterschiede und damit ohne jegliche Energiezufuhr von außen, wodurch nicht nur die Betriebskosten sehr gering sind, sondern zusätzlich auch wesentliche Bauteile bisheriger Heizsysteme, wie beispielsweise elektrische Heizwendeln oder gasbetriebene Brenner, entfallen können.

Zweckmäßig ist die Wärmetauscherplatte stufenförmig ausgebildet und an der tiefsten Stelle mit der Erdwärmesonde verbunden. Um ein problemloses Zurückfließen des flüssigen Kältemittels gewährleisten zu können, muss an der tiefsten Stelle der Wärmetauscherplatte ein Ablauf bzw. der Eingang des Kondensat- und Dampfkanals in die Erdwärmesonde angeordnet werden. Die stufenförmige Aus- bildung der erfindungsgemäßen Wärmetauscherplatte ermöglicht darüber hinaus ein flächiges Anliegen an die zu beheizende Schiene bzw. Weiche, wodurch eine Wärmeübertragung und damit ein Beheizen der Schiene bzw. Weiche optimiert werden kann.

Zweckmäßig ist der Kondensat- und Dampfkanal zentral in der Erdwärmesonde angeordnet und von einer dünnwandig ausgebildeten Röhre umgeben. Dies bietet den großen Vorteil, dass der Kondensat- und Dampfkanal großflächig mit dem ihn umgebenden Erdreich wärmeübertragend verbunden ist, wodurch ein zuverlässiges Verdampfen des Kältemittels bzw. generell des Wärmeübertragungsmediums, gewährleistet werden kann. Das Zurückfließen des flüssigen Wärmeübertragungsmittels, beispielsweise des Kältemittels erfolgt sodann an der Innenwandung der Röhre des Kondensat- und Dampfkanals, so dass die Erdwärmesonde generell vergleichsweise einfach aufgebaut ist.

Zweckmäßig weist die Erdwärmesonde einen in die Zwischenlage eingelegten und mit der oberen Abdecklage verbundenen, insbesondere verlöteten, Bund auf. Hierdurch wird eine Montage der Erdwärmesonde an der Wärmetauscherplatte vereinfacht und insbesondere können gezielte Strömungsverhältnisse des Kältemittels innerhalb der Wärmetauscherplatte erzwungen werden. Der Bund an der Erdwärmesonde ermöglicht darüber hinaus ein flächiges Verlöten sowohl mit der Zwischenlage als auch mit der oberen Decklage, wodurch eine feste und flu- iddichte Verbindung geschaffen werden kann.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.

Dabei zeigen, jeweils schematisch,

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Schienen-/Weichenheizung im Anbauzustand an eine Schiene, insbesondere einer Weiche,

Fig. 2 eine Detaildarstellung einer Wärmetauscherplatte der erfindungsgemäßen Schienen-/Weichenheizung mit angedeuteten innenliegenden Kanälen,

Fig. 3 eine Detaildarstellung aus Fig. 2 zur Verdeutlichung der Anbindung einer Erdwärmesonde an die Wärmetauscherplatte.

Entsprechend der Figur 1 ist an einer Schiene 1 bzw. einer Weiche 2 eine erfindungsgemäße Schienen-/Weichenheizung 3 angeordnet, die eine Erdwärmesonde 4 aufweist und mittels Geothermie beheizbar ist. Darüber hinaus besitzt die erfindungsgemäße Schienen-/Weichenheizung 3 eine mit der Schiene 1 bzw. der Weiche 2 im wärmeübertragenden Kontakt bringbare Wärmetauscherplatte 5, die gemäß den Figuren 2 und 3 detailliert dargestellt ist. In der Erdwärmesonde 4 und der Wärmetauscherplatte 5 ist dabei zumindest ein Kondensat- und Dampf- kanal 6 angeordnet, so das ein Kältemittel bzw. generell ein Wärmeübertragungsmedium in der Art einer sogenannten Heatpipe bzw. eines Thermosiphons zirkulieren kann. Betrachtet man insbesondere die Figur 3, so kann man erkennen, dass in der Erdwärmesonde 4 der Kondensat- und Dampfkanal 6 zentral angeordnet und von einer dünnwandig ausgebildeten Röhre 7 umgeben ist. Dies ermöglicht eine besonders hohe Wärmeübertragungsrate zwischen dem vergleichsweise warmen Erdreich und dem im Dampfkanal strömenden, gasförmigen Kältemittel. Das in der Wärmetauscherplatte 5 kondensierte Kältemittel fließt somit an der Innenwandung der Röhre 7 in die Erdwärmesonde 4 schwerkraftbedingt hinab, wobei es dann aufgrund der umgebenden Erdwärme verdampft, um anschließend im Kondensat- und Dampfkanal 6 wieder nach oben zu steigen und in die Wärmetauscherplatte 5 zu strömen. Dort angekommen erfolgt aufgrund der wärmeübertragenden Verbindung mit der Schiene 1 bzw. der Weiche 2 eine Abkühlung des Kältemittels bzw. des Wärmeübertragungsmediums, wodurch dieses wieder kondensiert und in flüssiger Form zurück über die Innenwandung der Röhre 7 des Kondensat- und Dampfkanals 6 in die Erdwärmesonde 4 fließt.

Die Wärmetauscherplatte 5 besitzt dabei eine obere Abdecklage 8, eine untere Abdecklage 9 sowie eine dazwischen angeordnete Zwischenlage 10. Die Zwischenlage 10 definiert dabei den Verlauf einer Vielzahl von Strömungskanälen 1 1 , an deren Innenwandungen das aufsteigende, dampfförmige Kältemittel kondensiert. Die Zwischenlage 10 kann beispielsweise als Stanzteil ausgebildet sein, wobei die Seitenwandungen der Strömungskanäle 1 1 als Aussparungen zwischen zungenartig geformten Stegen der Zwischenlage 10 ausgebildet sind, d.h. dass die Seitenwandungen der Strömungskanäle 1 1 aus einem Vollmaterial des Blechs der Zwischenlage 10 herausgestanzt sind. Nachdem die Abdecklagen 8, 9 mit der Zwischenlage 10 verbunden, z.B. verlötet sind, bilden die einander zugewandten Flächen der Abdecklagen 8, 9 zusammen mit den Aussparungen der Zwischenlage 10 die Strömungskanäle 1 1 . Die Wärmetauscherplatte 5 kann dabei gemäß den in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen stufenförmig ausgebildet sein, wobei die gezeigte Stufenform beispielsweise durch das Umformen der kompletten Wärmetauscherplatte 5 herstellbar ist, d.h. nachdem die ursprünglich jeweils flachen und ebenen Abdecklagen 8, 9 mit der ebenfalls ursprünglich flachen und ebenen Zwischenlage 10 zusammengefügt sind. Durch diese Umformbarkeit ist die Wärmetauscherplatte 5 flexibel an die jeweilige Einbausituation anpassbar.

Die Wärmetauscherplatte 5 ist an der tiefsten Stelle mit der Erdwärmesonde 4 verbunden. Dies ermöglicht ein Zurückfließen des kondensierten Kältemittels allein aufgrund der Schwerkraft, so dass insbesondere auf eine teuere und energieerfordernde Wärmepumpe verzichtet werden kann.

Die Erdwärmesonde 4 weist einen in die Zwischenlage 10 eingelegten und mit der oberen Abdecklage 8 verbundenen, insbesondere verlöteten, Bund 12 auf (vergleiche Figur 3), der eine zuverlässige und fluiddichte Verbindung zwischen der Erdwärmesonde 4 und der Wärmetauscherplatte 5 ermöglicht. In der Figur 3 ist dabei das aufsteigende dampfförmige Kältemittel mit unterbrochenen Pfeilen 13 und das flüssige zurückströmende Kältemittel mit durchgehenden Pfeilen 14 bezeichnet. Um eine möglichst hohe Wärmeübertragung zwischen der Wärmetauscherplatte 5 und der zu beheizenden Schiene 1 bzw. Weiche 2 erreichen zu können, weist die Wärmetauscherplatte 5 eine an die Schiene 1 bzw. Weiche 2 angepasste Form auf, wie dies aus der linken und rechten Darstellung in der Figur 1 gezeigt ist. Betrachtet man die Figur 2, so kann man erkennen, dass die Wärmetauscherplatte 5 in einem oberen Bereich eine aufgebogene Kante 15 besitzt, mittels welcher ein nochmals vergrößerter, wärmeübertragender Kontakt mit der zu beheizenden Schiene 1 bzw. Weiche 2 hergestellt werden kann. Mit der erfindungsgemäßen Schienen-/Weichenheizung 3 lässt sich somit eine Weiche ohne externe Energiezufuhr und technisch äußerst einfach und wartungsfrei beheizen.