Stand der Technik Es ist bekannt, Weichen und ähnliche Anlagen im Eisenbahnbau elektrisch oder, seltener, mit Gasbrennern oder Ölbrennern zu beheizen, um im Winter das Einfrieren der beweglichen Teile und damit Betriebsstörungen zu verhindern. Dies ist mit einem hohen Energieverbrauch und hohen Energiekosten verbunden.

Zur Energiekostensenkung werden teilweise bereits aufwendige, intelligente Steuerungen eingesetzt, so dass die Anlagen nicht permanent, sondern erst ab Unterschreitung bestimmter Temperaturen beheizt werden. Dabei werden bei den beheizten Weichen auch weitere Parameter wie z. B. die Luftfeuchtigkeit berücksichtigt. In jedem Fall werden die Weichenheizungen manuell oder sensorgesteuert ein-und ausgeschaltet.

Bei einem beispielhaften Temperatursturz von etwas oberhalb der üblichen Einschalttemperatur der Heizung, etwa 5°C, auf - 2°C, verbunden mit Schneefall, ist die Reaktionsgeschwindigkeit einer geregelten Heizung häufig recht träge. Besonders im Gleisbereich ist auch nur eine geringe Wärmespeicherung gegeben. Das Schotterbett nimmt durch die große offenliegende Oberfläche, die von der umgebenden Luft umstrichen wird, schnell die Umgebungstemperatur an, ebenso das Gleis als guter Wärmeleiter. Um eine einwandfreie Schnee-und Eisfreihaltung durch die Heizung zu gewährleisten, muss eine die Steuerung der Anlage überwachende Stelle den Wetterzustand permanent kontrollieren und gegebenenfalls die Beheizung bereits zu einem früheren Zeitpunkt als bei Unterschreitung der normalerweise vorgegebenen Einschalttemperatur manuell einschalten. Findet ein derartiges Ereignis während einer Betriebspause statt, ist ein manuelles Eingreifen meist nicht möglich. Wird nicht rechtzeitig vorgeheizt, kann es zu Betriebsstörungen kommen.

Herkömmliche elektrische Weichenheizungen beheizen direkt den Fuß der Backenschiene, der Weichenzunge oder beides. Dabei verläuft der Wärmefluss mit starkem Temperaturgefälle von dem hohen Temperaturniveau des Heizelementes, einem elektrisch beheizten Heizstab, im eingeschwungenen Zustand von ca. 40°C, über den Schienenfuß oder den Schienensteg hin zur Umgebung.

Um die Weichen schnee-und eisfrei zu halten, wird eine relativ hohe Temperatur auf die Schienen übertragen, da nur so die Erhöhung der Temperatur der Schiene in der erforderlichen kurzen Zeit gewährleistet werden kann. Die elektrisch beheizten Heizstäbe sind lose auf dem Schienenfuß aufgelegt und zwischen den Schwellen jeweils einmal durch federnde Klammern fixiert.

Außerdem sind auch alternative Weichenheizungen bekannt, die mit regenerativen Brennstoffen wie Rapsöl betrieben werden (vgl. z. B. DE 29 615 14 U). Sie unterscheiden sich aber nur durch die Wahl des Brennstoffes von öl-bzw. gasbefeuerten Heizungen.

Es ist darüber hinaus auch bekannt, für die Beheizung von Weichen Erdwärme in einem im Erdreich verlegten Rohrsystem zu sammeln und in einem Flüssigkeitskreislauf mittels einer durch die Erdwärme auf 5°C bis 10°C erwärmten Flüssigkeit (Glykolgemisch) und einer mit Fremdenergie angetriebenen Umwälzpumpe an das zu beheizende Gleis zu fördern (vgl. EP 1 262 597 A2). Ebenso ist bekannt, für die Beheizung von Weichen Erdwärme in einem im Erdreich verlegten Rohrsystem zu sammeln und unter Nutzung einer zusätzlich vorzusehenden, motorisch angetriebenen Wärmepumpe die Flüssigkeit auf etwa 30°C oder höher zu erwärmen, die Wärme über einen Wärmeübertrager auf einen zweiten Kreislauf zu übertragen und in diesem mittels einer weiteren Umwälzpumpe an das zu beheizende Gleis zu fördern. Während die umgepumpte Flüssigkeit durch Hohlkörper entlang des Schienensteges oder Schienenfußes strömt, gibt sie die enthaltene Wärme ab. Die Hohlkörper werden unter Verwendung von Wärmeleitpaste an den Schienensteg geschraubt. Um Strahlungsverluste zu minimieren, werden die Schienenstege außen gegen Wärmeabstrahlung isoliert.

Anlagen mit Glykolgemisch als Arbeitsmedium sind der Wassergefährdungsklasse 1"schwach wassergefährdend" zugeordnet. Es sind erhebliche Antriebsleistungen für die hier notwendigen Umwälzpumpen des flüssigen Arbeitsmediums erforderlich. Die Strömungswiderstände steigen proportional zur Rohrlänge und Strömungsgeschwindigkeit und umgekehrt proportional zum Rohrquerschnitt an. Um die erforderliche Wärmemenge von etwa 10 kW einer durchschnittlichen Weiche zu fördern, muss ohne zusätzliche Wärmepumpe eine Rohrlänge von etwa 200 m im Erdreich in mindestens 10 m Tiefe in einem geschlossenen Kreis verlegt werden. Die maximal möglichen Rohrquerschnitte für die Beheizung sind bei den hauptsächlich verwendeten Weichenbauarten konstruktionsbedingt auf wesentlich weniger als 80 mm2 begrenzt, dabei beträgt die Länge der Wärmeabgabestrecke oft 10 m oder mehr. Bei tiefen Umgebungstemperaturen muss das Glykolgemisch, um die notwendige Wärmemenge bei der niedrigen Vorlauftemperatur zu übertragen und nicht einzufrieren, mit sehr hoher Durchflussgeschwindigkeit gepumpt werden oder einen hohen Glykolanteil enthalten. Durch beide Maßnahmen steigt der Strömungswiderstand im Rohr. Daraus resultiert eine weitere Erhöhung der erforderlichen Umwälzpumpenleistung und wegen des geringen Querschnittes im Wärmeabgabebereich ein hoher Innendruck im Rohr, was wiederum, um ein Bersten zu vermeiden, eine erhöhte erforderliche Rohrwanddicke nach sich zieht, die ihrerseits wegen der eingeschränkten Außenmaße zu einem weiteren Anstieg des Strömungswiderstandes führt.

Darüber hinaus muss für den Kreislauf einer Flüssigkeit ein getrennter Vor-und Rücklauf vorgesehen werden. Ohne eine nachgeschaltete Wärmepumpe ist diese Weichenheizung somit nur in Ausnahmefällen und auch nur unter Zufuhr von Fremdenergie ausführbar.

Bei Verwendung einer Wärmepumpe reduziert sich die im Erdreich zu verlegende Rohrlänge deutlich, erhöht sich die Temperatur des Arbeitsmediums und sinkt die erforderliche Strömungsgeschwindigkeit, aber unter Inkaufnahme zusätzlicher Baugruppen, nämlich der Wärmepumpe, des Wärmeübertragers, eines zweiten Kreislaufs und einer zweiten Umwälzpumpe und der dazugehörigen Schalt-und Steuerelemente.

Die im folgenden aufgeführten, wesentlichen Eigenschaften stimmen bei allen bisher genannten Heizungen überein : Eine Schaltung (EIN/AUS) der Leistung ist notwendig und vorgesehen. Die Schaltung wird durch Sensorik und/oder manuell ausgelöst.

Die Strahlungsverluste sind durch die hohen Beheizungstemperaturen von etwa 30°C sehr hoch.

Die Heizenergie wird zumindest teilweise aus fossilen Brennstoffen, elektrisch oder aus mittels motorisch betriebener Wärmepumpen hochtransformierter Erdwärme erzeugt.

Bei sehr niedrigen Temperaturen erhöht sich die Heizleistung nicht automatisch und nicht ohne zusätzlich zugeführte Energie aus den eben genannten Energiequellen.

Auch Beheizungen von Verkehrsanlagen mit Erdwärme sind bekannt.

Die Nutzung von Erdwärme zum Beheizen von Straßen wird in der DE 35 32 452 Al vorgeschlagen. Um eine Fläche wie eine Straße sicher zu beheizen, sind sehr große Wärmeaufnahmeräume im Erdreich durch viele lange Bohrungen zu erschließen, und die Wärme muss in Vorratsbehältern gesammelt und gelagert und bei Bedarf über eine durch Klimasensoren geführte Steuerung an die zu beheizende Straße abgegeben werden.

Bei dieser Beheizung mit Erdwärme als Wärmequelle ist eine schaltbar ausgeführte Anlage vorgesehen, die erst bei Über- bzw. Unterschreiten von klimaspezifischen Grenzwerten wie Luftfeuchtigkeit, Lufttemperatur, Windgeschwindigkeit, Oberflächentemperatur und Oberflächenfeuchtigkeit Wärme abgibt und so den Wärmevorrat des Erdreiches schont. Eine Steuerung ist bei der Beheizung von Straßen notwendig, weil die Beheizung der großen Oberfläche eine wesentlich größere Energiemenge erfordert als eine schmale langgestreckte Weichenheizung, ein schmaler Streifen einer Bahnsteigoberfläche oder ein niveaugleicher Bahnübergang.

Diese Energiemenge kann durch Erdwärme nur mit einem zusätzlichen Energiespeicher zur Verfügung gestellt werden.

Die Beheizung von Schienenwegen, speziell Weichen, unterscheidet sich von der Beheizung von Straßen weiter wesentlich dadurch, dass die beengten Raumverhältnisse im Gleisbereich besondere Wärmeverteilrohrformen erfordern und die zu beheizenden Teile auch beweglich sind, also nicht durch in Straßenpflaster eingelassene Rohre schnee-und eisfrei gehalten werden können.

Wegen der großen offenliegenden Oberfläche des Schotters, die von der umgebenden Luft umstrichen wird, ist bei Bahnanlagen fast keine Wärmespeicherung vorhanden, die zur Eisfreihaltung genutzt werden könnte. Vielmehr nimmt das Schotterbett schnell die Umgebungstemperatur an, ebenso das Gleis als guter Wärmeleiter.

Die Beheizung von Verkehrsschildern mit Erdwärme, wie sie aus der DE 40 36 729 Al bekannt ist, erfordert dagegen nur sehr kleine Wärmemengen verglichen mit einer Weichenheizung oder anderen Bahnanlagenheizungen. Der wesentliche Unterschied liegt in den Leistungsbereichen, die bei Weichenheizungen und den anderen genannten Anwendungen um die Faktoren 20 bis 100 höher liegen. Von ebensolcher Bedeutung ist die Tatsache, dass es sich um eine Verhinderung einer Sichtbehinderung handelt und keine beweglichen Teile, wie bei der Weiche, beheizt werden. Ein weiterer grundlegender Unterschied liegt auch darin, dass in einem Verkehrsschild keine längeren waagerechten Strecken bei der Wärmeverteilung überwunden werden müssen. Überdies fällt der Niederschlag auf die waagerechte Fläche der Bahnanlage (der Weiche, des Bahnsteigs, des Überwegs, der Straßenkreuzung) und muss demnach gänzlich weggeschmolzen werden, wogegen bei Verkehrszeichen die Schwerkraft die wesentliche Aufgabe übernimmt, den Niederschlag, Schnee, Eisregen oder Reif in nur angetautem Zustand abgleiten zu lassen.

DE-A-30 377 21 beschreibt ein Wärmerohr zur Ausnützung der Wärmekapazität des Erdreichs und/oder Grundwassers, beispielsweise zum Verhindern des Einfrierens von Weichen.

Das Wärmerohr ist ein abgeschlossenes Rohr mit einem flüssigen/gasförmigen Arbeitsmedium sowie oberflächenvergrößernden Einlagen für den Wärmetransport. Es ist in Form eines Bohrkerns so in den Boden eingebracht, dass das umgebende Erdreich als Wärmekapazität wirkt. Zur rationelleren Wärmeausnutzung sind Schalter im Wärmerohr eingebaut, die durch Unterbrechung des Kondensatorrückflusses oder durch Trennung von Kondensations-und Verdampfungsteil oder durch eine Schaltflüssigkeit den Wärmetransport entsprechend den Anforderungen regeln. Als Arbeitsflüssigkeit wird hier eine Wasser-/Alkoholmischung, FCKW oder FKW verwendet.

Darstellung der Erfindung Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Beheizen von Bahnanlagen wie Weichen und dergleichen zu schaffen, die zumindest einige der oben beschriebenen Nachteile nicht aufweist, sowie ein entsprechendes Verfahren.

Die Vorrichtung und das Verfahren sollen die Temperatur der Bahnanlage, z. B. der Weiche, an den freizuhaltenden Punkten selbsttätig konstant auf etwa 10°C halten, und dies ohne Steuerung, ohne Zuführung von Fremdenergie und ohne Wartung erfordernde Aggregate unter Wegfall sämtlicher steuernder Sensorik.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß dem Patentanspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß dem Patentanspruch 11.

Demzufolge wird die zu beheizende Bahnanlage mittels zumindest einer Wärmequelle über zumindest ein Wärmerohr beheizt, das mit einem Arbeitsmedium gefüllt ist. Das Arbeitsmedium wird mittels der Wärmequelle im Bereich einer Wärmeaufnahmezone des Wärmerohrs aufgeheizt und so in den gasförmigen Zustand überführt, strömt in dem zumindest einen Wärmerohr zu der zu beheizenden Bahnanlage und gibt seine Wärme an die zu beheizende Bahnanlage im Bereich einer Wärmeabgabezone des Wärmerohrs ab, kondensiert dabei und läuft im flüssigen Zustand wieder in dem zumindest einen Wärmerohr zur Wärmeaufnahmezone zurück. Die Wärmequelle ist Erdwärme und/oder Grundwasser und/oder nahe der zu beheizenden Bahnanlage verlaufendes Abwasser. Das Wärmerohr ist im Bereich der Wärmeaufnahmezone in Form eines Wärmesammelrohres und im Bereich der Wärmeabgabezone in Form von mehreren Wärmeverteilrohren vorgesehen, die von dem Wärmesammelrohr ausgehen und horizontal oder nahezu horizontal verlaufen.

Die Wärme wird demnach ausgehend von dem Wärmesammelrohr über die waagerecht oder nahezu waagerecht verlaufenden Wärmeverteilrohre auf die zu beheizende Bahnanlage verteilt.

Die Erfindung berücksichtigt so die im Eisenbahnwesen systembedingt große Ausdehnung in der Länge und geringe Breite der Bahnanlagen bei überwiegend waagerechtem bzw. fast waagerechtem Verlauf.

Vorzugsweise wird CO2 als Arbeitsmedium verwendet, speziell im Wärmesammelrohr. Andere Arbeitsmedien können aber ebenfalls eingesetzt werden, insbesondere solche, deren Viskosität ungefähr gleich der von CO2 ist. Die Verwendung von C02 ist die umweltverträglichste Lösung und garantiert im nie auszuschließenden Schadensfall gegenüber allen anderen heute verwendeten Medien die höchste Sicherheit gegen Umweltschäden. Das Arbeitsmedium CO2 ist, im Gegensatz zu einem Wasser-Glykol-Gemisch, ein nicht wassergefährdender Stoff. Wegen des Wechsels aus der flüssigen in die gasförmige Phase bei der Betriebstemperatur des Systems wird für den Vor-und Rücklauf nur ein Rohr benötigt und nicht zwei getrennte Rohre ; der gasförmige Vorlauf und der flüssige Rücklauf finden innerhalb desselben Rohres statt.

Wärmerohre mit einem Arbeitsmedium, dessen Phasenwechsel flüssig-gasförmig in der Nähe des Betriebspunkts liegt, arbeiten verschleiß-und wartungsfrei. Dabei werden die physikalischen Eigenschaften der beiden Aggregatzustände genutzt. Die Wärmeverteilung an der zu beheizenden Anlage kann durch die Verzweigung des Rohres, d. h. die Aufspaltung auf die mehreren Wärmeverteilrohre, wesentlich gleichmäßiger erfolgen als bei einer sich allmählich abkühlenden, durch ein langes, dünnes Rohr gepumpten Flüssigkeit. Eine verzweigte Wärmeverteilung kann wesentlich effektiver bei dennoch kleinen Rohrquerschnitten arbeiten, als wenn ein einzelnes, langes Rohr vorgesehen ist.

Wegen des Verzichts auf bewegte Teile und besonders auf mit Fremdenergie angetriebene Pumpen und auch auf Wärmepumpen entfällt jeder Wartungsaufwand für solche Aggregate.

Aufgrund des scharfen Übergangs des CO2 aus der flüssigen in die gasförmige Phase erfolgt die Kondensation während der Wärmeabgabe direkt von der Gasphase in die flüssige Phase.

Die Verwendung von CO2 als Arbeitsmedium erlaubt bei dem vorgesehenen Arbeitsdruck außerdem den Verzicht auf weitere Hilfsmittel. Als Arbeitsdruck wird der Bereich zwischen etwa 30 und 55 bar bei Temperaturen von-5°C bis 20°C, d. h. ungefähr 40 bar bei 10°C vorgesehen.

Die Wärmeverteilrohre können in Form von Kapillarrohren vorliegen. Insbesondere in Verbindung mit der Wärmeverteilung über längere Strecken in der Waagerechten durch Aufteilung des Wärmestroms auf parallel verlaufende kurze Wärmeströme in den Wärmeverteilrohren ist die Beheizung aufgrund der herausragenden Fließeigenschaften von flüssigem CO2 aber auch ohne die Verwendung von Kapillarrohren realisierbar, und ohne oder mit nur geringer Neigung der Wärmeverteilung. Die Viskosität von CO2 kann den einschlägigen Tabellen entnommen werden ; sie liegt im ungünstigsten Fall (-5° C, 30 bar) unter 0.000111 Pa*s.

Die Erdwärme zwischen 10 m und 100 m Tiefe liegt meist bei etwa 10°C. Hier ist ein CO2-Wärmerohr besonders vorteilhaft, da der Arbeitsdruck beim Übergang aus der flüssigen in die gasförmige Phase sehr gut beherrschbar ist. Weitere Vorteile sind die hervorragende Umweltverträglichkeit sowohl bezüglich des Grundwassers bei eventueller Leckage als auch bezüglich des Treibhauseffektes und der Zerstörung der Ozonschicht. Der notwendige Arbeitsdruck von ca. 40 bar bei 10°C ist zwar höher als bei anderen Kältemitteln, aber noch gut beherrschbar und wird durch den Vorteil eines noch besseren Wärmeübergangs kompensiert. Außerdem können die Wärme abgebenden Rohrteile über die in Weichen mindestens notwendigen, horizontal verlaufenden Längen ausgeführt werden, ohne den Rückfluss des Arbeitsmediums zu behindern.

Als Wärmerohre können Wellrohre aus nichtrostendem Stahl und ummantelte Kupferrohre, aber auch andere schwer oxydierbare Materialien eingesetzt werden.

Der Wechsel des Arbeitsmediums aus der flüssigen in die gasförmige Phase liegt bei der Temperatur der Erdwärmequelle am jeweiligen Ort, vorzugsweise bei etwa 10°C, der häufigsten Temperatur von Erdwärme zwischen 10 und 100 m Tiefe. Das Arbeitsmedium wird dabei nicht mittels fremdangetriebener Pumpen umgepumpt. Es zirkuliert ohne zusätzliche Komponenten wie Sensorik, Steuerung und bewegte Teile, z. B. Pumpen. Die Wärmequelle ist allein die Erdwärme und/oder Grundwasser oder Abwasser von mindestens 10°C, ohne dass eine zusätzliche Temperaturerhöhung erfolgt.

Die erfindungsgemäße Weichenheizung hält ohne jegliche Steuerung oder Regelung die Schienentemperatur konstant deutlich oberhalb des Gefrierpunktes. Dazu wird von jeweils einer Wärmequelle, vornehmlich Erdwärme mit niedriger Temperatur (z. B. etwa 10°C), die Wärme durch jeweils ein Wärmerohr mittels eines Arbeitsmediums direkt an die zu beheizende Bahnanlage geführt. Der Wärmestrom regelt sich aufgrund der physikalischen Gegebenheiten-Ausgleich der Molekülgeschwindigkeiten in einem geschlossenen Raum-und bedarf keiner weiteren Steuerung oder manueller Eingriffe, auch nicht während Temperaturstürzen mit Niederschlägen als Schnee oder Eisregen.

Die Wärmerohre werden zur Wärmesammlung, zum Transport und zur Verteilung verwendet. Die Erdwärme liegt direkt unterhalb der neutralen Zone-10 m unter der Terrainoberfläche- überall etwa bei der jährlichen Durchschnittstemperatur an dem Ort, in den relevanten Regionen überwiegend bei etwa 10°C. Die Temperatur steigt etwa mit 2K bis 3K je 100 m Bohrtiefe und ist annähernd unbegrenzt vorhanden. Innerhalb von Städten und bei besonderen geologischen Formationen sind teilweise auch wesentlich höhere Temperaturen zu erwarten.

In Permafrostgebieten wird zuerst festgestellt, in welchen Tiefen die Temperatur von 10°C im Erdreich erreicht wird, um dann die Bohrungen bis in diese Tiefe und darüber hinaus um weitere 100 m voranzutreiben.

Für den Fall eines außergewöhnlichen, punktuellen Wärmebedarfs ist eine selbstregelnde, bedarfsgeführte Wärmeverteilung dadurch gegeben, dass in dem Bereich die Abkühlung der Wärmeverteilung erhöht ist und somit der Umlauf des Arbeitsmediums an diesen Bereich und somit der Wärmetransport beschleunigt ist. Dies ist besonders dann der Fall, wenn die Querschnitte der Verteilrohre an einer Verzweigung gleich groß sind.

Die Wärme verteilenden Rohre sind bei Verwendung einer Heizfläche, die fast waagerecht verläuft, mit dieser wärmeleitend verbunden oder sind in sie integriert. Auf den Schwellen können die Gleitstühle die Heizfläche darstellen.

Eine Erdbohrung lässt sich ab einer gewissen Tiefe nur mit sehr großem Aufwand genau senkrecht ausführen. Daher wird das Rohr bevorzugt in einer nicht senkrecht verlaufenden Bohrung verlegt. Die Bohrrichtung verläuft bevorzugt unter einem Winkel von etwa 85° bis 45° zur Waagerechten, damit sich ein definierter Rückfluss des Mediums im Sammelrohr einstellen kann. Es kann in nutzbaren Tiefen von einer durchschnittlichen Energieaufnahme von 50 W pro m Bohrtiefe ausgegangen werden.

Zur Funktionsüberwachung eines Heizkreises kann ein Drucksensor, der den Druck in dem System misst, oder ein Temperaturfühler, der die Temperatur an einem Wärmeverteilrohr misst, vorgesehen werden.

Erfindungsgemäß können Weichen und andere sicherheitsrelevante Bahnanlagen derart beheizt werden, dass unter Verwendung von geringwertiger Energie und Wärme niedrigen Temperaturniveaus eine Beheizung mit nur geringen Strahlungsverlusten und überwiegend durch Wärmeübertragung realisiert wird, und zwar insgesamt energetisch günstiger als bisher bekannt. Durch das geringere Temperaturgefälle werden die Strahlungsverluste beispielsweise bei einer Verringerung der Heiztemperatur von 30°C auf 10°C um etwa 75 % reduziert.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Beheizung von Weichen und ähnlichen Bahnanlagen ohne Nutzung von Energie aus fossilen Brennstoffen bzw. elektrischem Strom oder anderen Rohstoffen ermöglicht wird. Dadurch kann auf die Nutzung regenerativer Fremdenergie aus fossilen Brennstoffen bzw. aus nachwachsenden Rohstoffen sowie auf die Nutzung elektrischer Energie für den Betrieb von Heizungen für Verkehrsanlagen verzichtet und damit auch eine nicht unbeträchtliche Verringerung des CO2-Ausstoßes erreicht werden.

Der Wärmefluss wird erfindungsgemäß vorzugsweise auch unterhalb und nicht nur seitlich des Bereiches, auf den der Niederschlag fällt und der schnee-und eisfrei gehalten werden soll, geleitet. Dies entspricht dem gesamten Raum zwischen der Backenschiene und der Weichenzunge über die ganze Breite und Länge des von der Weichenzunge während der Stellvorgänge überstrichenen Bereichs. Dazu kann ein weiteres Wärme verteilendes Wärmerohr bei der Hälfte des maximalen Abstandes der Weichenzunge von der Backenschiene geführt werden.

Sollen die Wärme verteilenden Wärmerohre an Stelle der konventionellen elektrischen Heizstäbe verlegt werden, meist in der Waagerechten, ist dies in den meisten Fällen möglich.

Es können dann auch Rohre verwendet werden, deren Innenwand mit einer Kapillarstruktur (einem Docht) bedeckt ist, sogenannte Kapillarrohre. Die prinzipielle Funktion von Wärmerohren, auch dieser speziellen Ausführung, ist an sich bekannt.

Die Querschnittsfläche der Wärmeverteilrohre sollte insgesamt annähernd die gleiche Größe haben wie die der Wärmesammelrohre, um den Gasstrom und damit den Wärmetransport nicht zu reduzieren. Eine Verzweigung auf mehrere Wärmerohre auf der Wärmeabgabeseite erfolgt, um den Anteil der notwendigen waagerechten Rohrführung, insbesondere mittels Kapillarrohren, so kurz wie möglich zu halten. Die maximal mögliche Länge von Kapillarrohren ist begrenzt und abhängig vom Rohrdurchmesser. Dieser ist, wie beschrieben, bei einigen Weichenkonstruktionen sehr klein.

Zur besseren Wärmeabgabe von den Wärmeverteilrohren können für die Wärmeverteilrohre besonders gut leitende Materialien gewählt werden. Dann kann es notwendig sein, an der Anlage eine Opferelektrode zu installieren oder die beiden Metalle elektrisch nicht leitend miteinander zu verbinden, um Körrosionsschäden durch elektrochemische Elemente zu vermeiden und die Wartungsfreiheit zu gewährleisten.

Es ist auch möglich, einen Wärmeübertrager am Wärmesammelrohr dort zu installieren, wo das Wärmesammelrohr aus dem Erdreich austritt. Der Wärmeübertrager ist dabei derart ausgebildet, dass die Wärmeaufnahmeseiten der Wärmeverteilrohre einzeln hineingesteckt werden können. Damit wird eine einfache Demontierbarkeit und Austauschbarkeit einzelner Wärmerohre bei Beschädigung erreicht ; außerdem sind die einzelnen Wärmerohre gasdicht voneinander getrennt, somit können unterschiedliche Arbeitsmedien und Rohrmaterialien verwendet werden. Eine zusätzliche Verzweigung der Wärmerohre entfällt damit.

Handelt es sich um Weichenbauarten, bei denen die maximalen Abmessungen der Wärmerohre sehr begrenzt sind, z. B. im Bereich der Gleitstühle, und ist eine höhere Heizleistung aus klimatischen Gründen notwendig, können auch zusätzliche Wärmerohre um die zu erwärmenden Stellen herum verlegt werden, ohne dass die Rohrführung die Heizwirkung beeinträchtigen würde (Prinzip der Kapillarrohre).

Die Wärmerohre haben im Normalfall eine Länge von 100 m bis 140 m, wobei die obersten 10 m und der Transportweg bis zur zu beheizenden Anlage thermisch isoliert sind, um in extrem kalten Wetterlagen Energieverluste an das in dieser Tiefe kältere Erdreich und die Umgebungsluft zu vermeiden. Bei Heizanlagen in Permafrostgebieten werden die Wärme transportierenden Wärmerohrabschnitte in dem gesamten Bereich mit Temperaturen unter 10°C thermisch isoliert.

Bei Weichenheizungen und anderen zu beheizenden Bahnanlagen können mehrere Heizkreise vorgesehen werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann zur Beheizung von Bahnsteigkanten, Bahnübergängen und Straßenkreuzungen zur Verbesserung der Sicherheit an diesen vom Zugverkehr gefährdeten Bereichen eingesetzt werden. Das sind insbesondere die Bereiche innerhalb eines Meters von der Bahnsteigkante in Richtung Bahnsteigmitte, schienengleiche Übergänge für Reisende im Bereich kleinerer Bahnhöfe und Haltepunkte sowie beschrankte und unbeschrankte Bahnübergänge.

Die Flächen dieser Bereiche sind relativ klein und lassen sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit vertretbarem technischen Aufwand schnee-und eisfrei halten. Mit der erfindungsgemäßen Beheizung ist eine Gefährdung unter üblichen Winterbedingungen praktisch ausgeschlossen, ebenso Bedienfehler. So wird die Sicherheit an den genannten Anlagen im Winter bei Schneefall oder Eisregen wesentlich erhöht, während die Unterhaltungsaufwendungen verringert werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden im Folgenden mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Figur 1 ist eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Wärmerohres, einer zu beheizenden Bahnanlage und des Wärmestromes mit Wärmeführung direkt an die zu beheizende Bahnanlage.

Figur 2 zeigt die Aufteilung der Wärmeströme an einer Verteilung.

Figur 3a ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mit drei Heizkreisen und der Position der Wärmeverteilrohre bei einer Weiche als Beispiel einer Bahnanlage.

Figur 3b ist die schematische Darstellung der Wärmeflüsse von zwei Heizkreisen in einer Weiche in der Draufsicht.

Figur 3c ist die schematische Darstellung der Wärmeflüsse bei zwischengeschaltetem Wärmeübertrager im Bereich der Weichenzunge in der Draufsicht.

Figur 4a zeigt den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen Weichenheizung im Querschnitt, mögliche Führungen des Wärmestromes und der Wärmerohre auf der Schwelle am Anfang der Weichenzunge.

Figur 4b zeigt den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen Weichenheizung im Querschnitt, mögliche Führungen des Wärmestromes und der Wärmerohre im Bereich zwischen den Schwellen, am Anfang der Weichenzunge.

Figur 4c zeigt den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen Weichenheizung im Querschnitt, mögliche Führungen des Wärmestromes und der Wärmerohre auf der Schwelle im Verlauf der Weichenzunge.

Figur 4d zeigt den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen Weichenheizung im Querschnitt, mögliche Führungen des Wärmestromes und der Wärmerohre im Bereich zwischen den Schwellen im Verlauf der Weichenzunge.

Figur 4e zeigt den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen Weichenheizung im Querschnitt, weitere mögliche Führungen des Wärmestromes und der Wärmerohre auf der Schwelle am Anfang der Weichenzunge.

Figur 4f zeigt den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen Weichenheizung im Querschnitt, weitere mögliche Führungen des Wärmestromes und der Wärmerohre im Bereich zwischen den Schwellen, am Anfang der Weichenzunge.

Figur 4g zeigt den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen Weichenheizung im Querschnitt, weitere mögliche Führungen des Wärmestromes und der Wärmerohre auf der Schwelle im Verlauf der Weichenzunge.

Figur 4h zeigt den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen Weichenheizung im Querschnitt, weitere mögliche Führungen des Wärmestromes und der Wärmerohre im Bereich zwischen den Schwellen im Verlauf der Weichenzunge.

Figur 5a zeigt den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen Beheizung für Bahnsteigkanten, gesehen vom Gleis aus.

Figur 5b zeigt den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen Beheizung für Bahnsteigkanten (möglicher Rohrverlauf im aufgeschnittenen Bahnsteig, Draufsicht).

Ausführliche Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung Figur 1 zeigt schematisch ein Wärmerohr als Bestandteil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Beheizung von Bahnanlagen.

Das Wärmerohr ist ein vakuumdicht verschlossenes Rohr 1, das mit einer kondensierenden und verdampfenden Substanz, dem Wärmetransportmittel oder Arbeitsmedium, gefüllt ist.

Das Rohr 1 hat eine Warmzone 2, in der eine Wärmeaufnahme stattfindet. Diese befindet sich im dargestellten Fall im Erdreich unterhalb der sogenannten geothermisch neutralen Zone, das sind 10 m unter der Terrainoberfläche. Das Rohr hat außerdem eine Isolations-oder Transportzone 4, die von direkt oberhalb der Warmzone 2 über die Terrainoberfläche hinaus bis zu einer Kaltzone reicht. Dazu gehören auch temperaturisolierte Abschnitte 7 der Verteilungsrohre. Die Kaltzone ist der Abschnitt, in dem die Wärmeabgabe erfolgt.

Diese erfolgt gemäß Figur 1 direkt über die nicht temperaturisolierten Abschnitte 6 der Verteilungsrohre, die neben einer zu beheizenden Bahnanlage 8 liegen und in der Zeichnung als Wärmeübertrager 6 dargestellt sind. Die Verteilungsrohre sind gasdicht und demontierbar direkt oberhalb des Erdreiches 1b befestigt. Dort ist auch ein Temperatursensor 6a zur Funktionsüberwachung angebracht.

Werden am Rohr verschiedene Metalle für den Aufnahmebereich und den Verteilbereich verwendet, so ist eine Opferelektrode la aus einem weniger edlen Metall vorgesehen.

Wenn das Rohr 1, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, leicht bezüglich der Senkrechten geneigt ist, befindet sich die Warmzone 2, in der das Arbeitsmedium verdampft, im tiefer liegenden Bereich, so dass das gasförmige Arbeitsmedium durch die Transportzone 4 in die Kaltzone aufsteigt. Dort gibt es die enthaltene Wärmeenergie ab, kondensiert und fließt an der Rohrwand als Flüssigkeitsströmung 5 wieder hinab.-Die Bezugsziffer 3 bezeichnet die Gasströmung.

Wenn Verzweigungen des Wärmeflusses notwendig sind, ist es vorteilhaft, wenn diese auf Verteilungsrohre symmetrisch zur Senkrechten ausgeführt werden, wie in Fig. 2 dargestellt. Die Verteilung der Wärmeströme eines Heizkreises-warmes aufsteigendes Gas 3,. abfließendes kaltes Kondensat 5-wird nach den jeweils erforderlichen Wärmemengen durch Wahl geeigneter Durchmesser der Verteilerrohre angepasst. Die Summe der Querschnitte der Verteilrohre ist mindestens annähernd gleich dem Querschnitt des Sammelrohres.

Die Anordnung der erfindungsgemäßen Beheizvorrichtung bezüglich der zu beheizenden Bahnanlage erfolgt folgendermaßen.

Neben einer frostfrei zu haltenden Weiche, vgl. Fig. 3a, oder einer anderen Bahnanlage, vgl. Fig. 5a, wird je Heizkreis ein Wärmerohr 9 unter einem in einem breiten Bereich wählbaren Winkel in das Erdreich eingelassen. Bei einer für die Wärmeaufnahme von etwa 50 W je Meter nutzbarer Rohrlänge von 90 bis 130 m-abhängig vom Winkel der Bohrung zur Senkrechten-ergibt sich die Heizleistung je Heizkreis zu 5 bis 7 kW. Für die Heizleistung einer durchschnittlichen Weiche von 10 kW und der Verschlussfachheizung von 1, 5 kW werden somit zwei Heizkreise benötigt. Für eine Weiche mit sehr großem Abzweigradius und beweglichem Herzstück, z. B. eine Hochgeschwindigkeitsweiche, ist eine Heizleistung von 50 kW erforderlich, entsprechend 9 bis 10 Heizkreisen.

Die Wärmeverteilung in der Waagerechten oder fast Waagerechten kann mit Kapillarrohren erfolgen. Die Verwendung von CO2 als Arbeitsmedium macht dies bei kurzen Längen jedoch nicht zwingend erforderlich. Die Wärmeübertragung an die Bahnanlage, insbesondere Schiene, sollte nicht nur symmetrisch sein, sondern besteht aus mindestens zwei Verteilungen, damit eine Kapillarrohrlänge von 5 m nicht überschritten wird. Günstiger sind wesentlich kürzere Kapillarrohre. Es sollten auch gleich große Rohrdurchmesser bzw. gemäß der jeweils erforderlichen Wärme in dem entsprechenden Abschnitt angepasste Durchmesser gewählt werden. Der Anteil der waagerechten Rohrführung, d. h. der Kapillarrohre, sollte so kurz wie möglich gehalten werden.

Aus der Relation der derzeit geforderten Wärmeleistung von elektrisch 330 bis 400 W je Meter und der Heizleistung von l kW für den Verschlusskasten zu 5 kW Heizleistung je Heizkreis ergeben sich bei einer mittigen Einspeisung, einer symmetrischen Aufteilung und vier Einspeisstellen auf jeder Seite insgesamt etwa 8 x 1,25 m Kapillarrohr (vgl. Fig. 3b).

Verschiedene Alternativen des prinzipiellen Aufbaus der Wärmeführung sind in Fig. 3a bis Fig. 3c dargestellt.

Fig. 3a zeigt einen Wärmefluss 9a in den Erdwärmerohren 9, d. h. dem Sammelbereich. Er wird nach dem Austritt aus dem Erdreich in nach dem möglichen Querschnitt optimierte Längen aufgeteilt und verläuft dann in der Waagerechten oder fast Waagerechten in Kapillarrohren, beispielsweise unter dem Stellweg der Backenschienen 11, d. h. dem Verteilungsbereich.

In Fig. 3b wird verdeutlicht, wie der Wärmestrom 9a, von dem Sammelbereich 9 kommend, direkt auf einzelne Schienensegmente und einen Verschlusskasten 10 aufgeteilt und in der Waagerechten durch kurze Kapillarrohre 15 an die zu beheizenden Zonen 11 geführt wird. Die Abhängigkeit der Intensität des Wärmestromes vom Rohrdurchmesser wird durch die Anzahl der Pfeile symbolisiert.

In Fig. 3c wird verdeutlicht, wie ein Wärmestrom 9b, der Primärstrom, von dem Sammelbereich 2 kommend durch einen Wärmeübertrager 9d geführt und in Sekundärströmen 9c auf die einzelnen Schienensegmente und den Verschlusskasten 10 aufgeteilt werden kann und in der Waagerechten durch kurze Kapillarrohre 15 an die zu beheizenden Zonen 11 geführt wird.

Die Abhängigkeit der Intensität des Wärmestromes vom Rohrdurchmesser wird wiederum durch die Anzahl der Pfeile symbolisiert.

In beiden Fällen erfolgt die Aufteilung des Wärmestroms auf eine größere Anzahl parallel verlaufender kurzer Wärmeströme.

Die Fig. 4a bis 4h zeigen Querschnitte möglicher Rohrführungen für die in Fig. 3b und Fig. 3c dargestellten Wärmeströme.

Der Wärmestrom verläuft in allen dargestellten Ausführungsformen durch Kapillarrohre 15a, 15b, 16a, 16b in der Waagerechten oder nahezu Waagerechten entlang der Gasströmung. All diese Kapillarrohre 15a, 15b, 16a, 16b können einzeln verwendet oder beliebig kombiniert werden.

In allen dargestellten, beispielhaften Ausführungsformen wird ein Kapillarrohr 15a entlang der Backenschiene 13 geführt, ein weiteres, wie mit 15b gekennzeichnet, entlang der Weichenzunge 14. Dabei wird die Wärme auf die Schienenfüße übertragen.

In den Ausführungsformen der Fig. 4a bis 4d sind zusätzlich zu den Kapillarrohren 15a, 15b weitere Kapillarrohre 16a dargestellt. Aus den hier drei parallel verlegten Rohren 16a wird der Wärmestrom auf die darüber liegende Heizfläche 16 (vgl. Fig. 4a und 4d) übertragen. Deren Oberfläche ist derart ausgeführt, dass das Schmelzwasser seitlich abläuft und abgeführt wird. Auf den Schwellen 17 verläuft der Wärmestrom aus den Kapillarrohren 16a von unten in den Gleitstuhl. Dabei sind die Rohre in die Schwelle eingelassen.

In den Ausführungsformen der Fig. 4e bis 4h sind dagegen Rohre 16b auf der Schwelle um den Gleitstuhl 18 herum geführt. Auf den Rohren ist eine Heizfläche 16 befestigt, die zwischen den Schwellen breiter ist als auf dem Gleitstuhl und deren Oberfläche derart ausgeführt ist, dass das Schmelzwasser seitlich abläuft und abgeführt wird.

Die Fig. 5a und 5b veranschaulichen eine Bahnsteigkantenheizung als weiteres Beispiel einer erfindungsgemäßen Bahnanlagenbeheizung. Verteilrohre 7 sind in der zu beheizenden Fläche 19 mit leichtem Gefälle verlegt, deshalb müssen nicht unbedingt Kapillarrohre verwendet werden. Die Neigung des Wärmerohres 9 von 5° gegen die Senkrechte ist hier quer zum Gleiskörper dargestellt ; es kann aber jede, für die jeweilige Bohrung günstigste Neigung ausgeführt werden. Die Isolierung 4 des Wärmerohres ist bis zur Einführung in den Bahnsteigkörper notwendig.