DE1759524C - Heizeinrichtung zum elektrischen Behei zen von flachigen Belagen - Google Patents
Heizeinrichtung zum elektrischen Behei zen von flachigen BelagenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Heizeinrichtung zum elektrischen Beheizen von
flüchigen Belügen, beispielsweise zum Beheizen von Rollfeldern oder Straßen, mit Wechselstrom, die aus
einem metallischen AulJenrohr und einem darin angeordneten elektrisch isolierten Innenleiter besteht,
Auf Rollfeldern, Straßen u.dgl. bilden sich im Winter sehr oft Schnee- und Eisbeläge, was zu
nennenswerten Verkehrsstörungen bzw, Beeinträchtigungen
führen kann. Es ist somit bereits bekannt (österreichische Patentschrift 258 340 und Zeitschrift·
»Straßen- und Tiefbau«, Heft 6, 1967, S. 426), elektrische
Heizleiter in den Straßen- bzw. Rollfeldbelag einzubetten, Da entlang derartiger Heizleiter notgedrungenermaßen
ein Spannungsgefälle auftritt, ist es notwendig, diese Heizleiter elektrisch zu isolieren.
Zur Erzielung eines mechanischen Schutzes wird dann der mit Isolation versehene Heizleiter in den
meisten Fällen innerhalb eines Metallrohrs angeordnet, das wiederum innerhalb des Straßen- bzw.
Rollfeldbelages eingebettet wird. Falls dies gewünscht sein sollte, kann dabei das Metallrohr als Rückleiter
dienen (s. deutsche Patentschrift 1 081720).
Die bisher bekannten Einrichtungen zum elektrischen Beheizen von flächigen Belägen hatten jedoch
den Nachteil, daß innerhalb des eigentlichen . Heizleiters ein Wärmestau auftritt, da der um den
eigentlichen Heizleiter herum angeordnete Isolierstoffmantel notgedrungenermaßen eine schlechte
Wärmeleitfähigkeit aulweist. Dies hat zur Folge,
daß zwischen dem eigentlichen Heizleiter und dem Außenrohr ein relativ hohes Temperaturgefälle
auftritt. Dieses Problem wird dadurch noch erhöht, daß es sich herstellungsmäßig nicht vermeiden läßt,
daß zwischen dem mit dem Isolierstoff ummantelten inneren Heizleiter und dem einen mechanischen
Schutz gewährenden Außenrohr ein gewisser Spalt vorhanden ist, der die Übertragung der innerhalb des
Innenleiters entwickelten Wärme negativ beeinflußt. Aus diesen obengenannten Gründen erweist es sich
als notwendig, stark hitzebeständige Isolierstoffmaterialien zu verwenden, die notgedrungenermaßen
relativ teuer sind.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist, eine Heizeinrichtung zum elektrischen Beheizen von flächigen
Belägen zu schaffen, die eine unmittelbare, nicht durch Isolierhüllen behinderte Wärmeabgabe erlaubt,
ohne daß die Sicherheit durch zu hohe Berührungsspannungen gefährdet ist.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß das metallische Außenrohr aus ferromagnetischem,
elektrischem Widerstandsmaterial besteht, daß das metallische Außenrohr an einem Ende mit dem
Innenleiter geringen elektrischen Widerstandes verbunden ist, während am anderen Ende an das Außenrohr
und den Innenleiter die Wechselspannung angelegt ist, und daß das metallische Außenrohr eine
Wandstärke aufweist, die größer als die Eindringtiefe des Wechselstromes ist.
Durch Verwendung von ferromagnetischen Außen, rohren und einer Wechselstromspeisung ergibt sich,
daß die Wärme im wesentlichen entlang der Innenseite des Außenrohrs entwickelt wird. Auf Grund
der Tatsache, daß die Wandstärke der aus ferromagnetischem Material bestehenden Außenrohre größer
als die Eindringtiefe des Wechselstromes ist, wird ferner erreicht, daß an der Außenoberfläche der
Außenrohre keine elektrischen Ströme fließen. Die Außenrohre können somit in bekannter Welse ohne
zusUtzliche Isolierung direkt in den zu beheizenden flächigen Belag eingesetzt werden,
Gemäß der Erfindung dient der Innenleiter einzig s und allein der Zufuhr des elektrischen Stromes,'so
daß er aus gut leitendem Leitermaterial — wie Kupfer oder Aluminium — gefertigt werden kann. Da der
Widerstand des Innenleiters im allgemeinen gegenüber dem Widerstand des ferromagnetischen AuUen-
jo rohres vernachlässigbar ist, wird entlang des Innenleiters
praktisch keine Wärme erzeugt. Demzufolge kann sich zwischen dem Innenleiter und dem Außenrohr
kein Wärmestau ausbilden, so daß relativ billige Isolierstoffe verwendet werden können, wobei ferner
«3 das Vorhandensein eines zwischen der Isolierung und
dem Außenrohr auftretenden Luftspaltes keine Rolle spielt.
Da auf Grund des Hauteffektes die Wechselstöme nicht bis an die Außenfläche der Außenrohre dringen
ao können, können selbst beim Auftreten eines Kurzschlusses
zwischem dem Innenleiter und der Innenseite des Außenrohres keine Spannungen an dessen
Außenseite auftreten. Demzufolge müssen keine besonderen Schutzeinrichtungen (s. beispielsweise öster-
a5 reichische Patentschrift 258 340) vorgesehen sein,
die zum Schutz von Mensch und Tier beim Auftreten eines Kurzschlusses ein sofortiges Abschalten
der Heizeinrichtung bewirken.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr in Windungen gelegt ist, die durch metallische Verbindungsstege miteinander verbunden sind.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr in Windungen gelegt ist, die durch metallische Verbindungsstege miteinander verbunden sind.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt
F i g. 1 eine schematische Darstellung der Stromverteilung eines Außenrohres, in dessen Innerem ein
von Wechselstrom durchfiossener Leiter angeordnet ist, Fig.2 eine schematische Ansicht der Stromverteilung
bei einer Heizeinrichtung gemäß der Erfindung,
F i g. 3 eine schematische Schnittansicht entlang der Linie X-Y von F i g. 4 und
F i g. 4 die Ansicht einer in eine Oberfläche eingebetteten Ausführungsform gemäß der vorliegenden
Erfindung.
F i g. 1 zeigt eine Wechselstromquelle 1, die mit einem isolierten Innenleiter 3 verbunden ist, welcher,
wie in der Figur zu sehen ist, durch ein Außenrohr 2 geführt ist. Sobald Wechselspannung mit der üblichen
Netzfrequenz angelegt wird, fließt in den Innenleiter 3 ein elektrischer Strom, der im folgenden i genannt
werden soll. In dem aus ferromagnetischem Material bestehenden Außenrohr 2 fließt dann sowohl an der
Innenseite wie auch an der Außenseite ein Strom i', der ungefähr die gleiche Stärke wie der Strom / hat.
Der Strom j" ist somit ein Wirbelstrom, der eine Oberflächenströmung
zur Folge hat.
Bekanntlich kann die Wechselstromeindringtiefe d
(cm) durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:
wobei
d = 5030 ]/"ö/"/if,
ρ der spezifische Widcrstanu [iJcm],
μ die Permeabilität (0) und
/ die Frequenz der Stromquelle [l/sec]
μ die Permeabilität (0) und
/ die Frequenz der Stromquelle [l/sec]
Bei dom in F i g, 1 gezeigten Spannungsmesser 9
tritt dabei femer zwischen den Klemmen ρ und q eine Spannung auf, doren Wert ungeflihr der HUIfte
der Spannung der Stromquelle 1 entspricht, Bei Kurz« schluß oder Erdung zwischen ρ und q Klemmen variiert
der Strom i, Diese Anordnung weist somit den erheblichen Nachteil auf, daß Menschen oder Tiere
einer Spannung ausgesetzt und dadurch verletzt werden künnen,
Die Schallungsanordnung der erfindungsgemltflen ίο
Heizeinrichtung ist in Fig,2 gezeigt. Der mit einer
Stromquelle L verbundene und isoliorte Leiter 3 ist durch das Innere des Außenrohres 2 geführt und an
einer mit einem Ende des Außenrohros2 verbundenen
Klemme 4 angeschlossen. Der andere An- «5 schluß der Stromquelle 1 ist an einer mit dem anderen
Ende des Rohres 2 verbundenen Klemme S ungeschlossen. Auf Grund des HautelTektes Hießt der
durch das Außenrohr 2 fließende Strom nur an der Innenseite der Rohrwandung, jedoch nicht an der ao
Außenseite des Rohres 2. Wenn somit die un der Außenseite des Rohres 2 angebrachten Klemmen ρ
und q mit einem Spannungsmesser 9 verbunden werden, wird an denselben die Spannung 0 gemessen.
Somit tritt selbst bei Erdung an den Stellen 8 und 8' kein Erdstrom auf.
Die Heizeinrichtung gemüß der vorliegenden Erfindung
kann in der Praxis angewendet werden, indem das in Fig. 2 schematisch dargestellte Außenrohr
2 als Heizelement verwendet wird. Fig. 3 und 4 zeigen die Anordnung solcher unter einer Oberfläche
verlegter Heizelemente. Diese Figuren zeigen die Stromquelle 1, das Außenrohr 2, isolierte Innenleiter
3, Klemmen 4, S und 6 und die Erde 8. Der Wechselstrom fließt von der Stromquelle 1 über die
Klemme 6 zu dem an der Innenseite des Rohres 2 angeordneten isolierten Innenleiter 3 und gelangt an
die Klemme 4, von wo aus er nur an der Oberfläche der Innenwand des Rohres 2 entlang fließt. An der
Klemme 5 tritt er aus dem Außenrohr 2 aus und fließt zur Stromquelle 1 zurück. Wenn deshalb ein
derartiges Außenrohr 2 in Asphaltzement, einen leitfähigen Erdmaterial o. dgl. eingebettet ist und wenn
zusätzlich noch ein Kurzschluß nach außen hin erzeugt wird, dann bleibt der Strom ϊ trotzdem konstant.
Dabei fließen solange keine Erd- oder Kurzschlußströme, solange die Isolierung des Innenleiters
3 von der Klemme 6 zur Klemme 4 intakt bleibt, Dies bedeutet, daß nuch außen hin keine
Spannung auftritt, die Menschen und Tieren schildlich sein könnte.
Da das aus dem Außenrohr 2 und dem Innenleiter 3 bestehende Heizelement aus Eisen besieht,
paßt es sich gut an Zement, Asphalt oder ähnlichen
Muterlalien an, die zur Herstellung von Strußen, Fußböden oder Muuern vorwendet werden.
Zweckmlißlgerweisc wird eine derartige Heizeinrichtung
mit Hilfe von Vcrbiudungsstegen 7 verstärkt, so daß sich eine relativ starke und leicht vcriegbarc
Konstruktlonswcisc ergibt, Durch Verwendung von verhältnismäßig breiten Verbindungsstellen 7 wird
ferner die Temperaturverteilung auf der Oberfläche von Straßen, Fußböden und Mauern ausgeglichen.
Obwohl die Beschreibung sich auf einen Stromkreis mit einer einphasigen Wechselstromquelje bezieht,
so soll es doch verstanden sein, daß bei Verwendung von einer oder mehreren wärmeerzeugenden
Außenrohren 2 auch mehrphasige elektrische Stromquellen verwendet werden können, die in Übereinstimmung
mit dem Vorhandensein eines bestehenden Starkstromnetzes bzw. der Dimensionierung eines
wärmeerzeugenden Stromkreises ausgelegt sein müssen.
Claims (2)
1. Heizeinrichtung zum elektrischen Beheizen von flächigen Belägen, beispielsweise zum Beheizen
von Rollfeldern oder Straßen, mit Wechselstrom, die aus einem metallischen Außenrohr
und einem darin angeordneten elektrisch isolierten innenleiter besteht, dadurch gekennzeichnet,
daß das metallische Außenrohr (2) aus ferromagnetischem, elektrischem Widerstandsmaterial
besteht, daß das metallische Außenrohr (2) an einem Ende mit dem Innenleiter
(3) geringen elektrischen Widerstandes verbunden ist, während am anderen Ende an das
Außenrohr (2) und den Innenleiter (3) die Wechselspannung angelegt ist, und daß das metallische
Außenrohr (2) eine Wandstärke aufweist, die größer als die Eindringtiefe des Wechselstromes ist.
2. Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (2) in Windungen
gelegt ist, die durch metallische Verbindungsstege (7) miteinander verbunden sind.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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