EP3169138A1 - Induktive heizvorrichtung mit adaptiver mehr-punkt-temperaturregelung - Google Patents

Induktive heizvorrichtung mit adaptiver mehr-punkt-temperaturregelung Download PDF

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Publication number
EP3169138A1
EP3169138A1 EP15003251.4A EP15003251A EP3169138A1 EP 3169138 A1 EP3169138 A1 EP 3169138A1 EP 15003251 A EP15003251 A EP 15003251A EP 3169138 A1 EP3169138 A1 EP 3169138A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
generator
power
temperature
microprocessor
inductor
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15003251.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Karel Mazac
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IFF GmbH
Original Assignee
IFF GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IFF GmbH filed Critical IFF GmbH
Priority to EP15003251.4A priority Critical patent/EP3169138A1/de
Publication of EP3169138A1 publication Critical patent/EP3169138A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/06—Control, e.g. of temperature, of power
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B19/00—Protection of permanent way against development of dust or against the effect of wind, sun, frost, or corrosion; Means to reduce development of noise
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B7/00—Switches; Crossings
    • E01B7/24—Heating of switches
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/10—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications
    • H05B6/101—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications for local heating of metal pieces

Definitions

  • the invention relates to an inductive heating device which includes a generator fed by a voltage source and at least one inductor according to the preamble of claim 1.
  • Such an inductive heating device is off EP 2 720 513 B1 for example, as inductive Weichen- or rail heating known.
  • Switch and / or rail heating devices serve to keep at least a portion of a rail or a rail track consisting of two parallel rails and / or a switch free of ice and snow, in order to generally prevent ice formation on surfaces of rails or points or freezing to prevent moving elements of a switch.
  • Inductive heaters utilize effects of electromagnetic induction, which are followed by alternating energization of one or more coils of an inductor in the electrically conductive body, e.g. a rail or switch electrical currents are induced, through which heat the rail or switch in question and thus free from ice and snow or keep free.
  • the inductor gives its relatively low heat loss almost in full to the rail or switch, which contributes to the saving of electrical energy. For the effect, therefore, no direct or close contact of the inductor with the rail or switch is necessary.
  • the object of the invention is to develop a heating device of the type mentioned in such a way that it has a higher availability.
  • the invention is based on the principle of electromagnetic induction, wherein in the vicinity of a conductor through which alternating current flows, in particular conductor wire windings of an inductor, an electromagnetic field is produced which in other electrical conductors, in this case the electrically conductive body to be heated, e.g. a rail or switch parts of a rail track for rail vehicles, which are within this electromagnetic field or are detected by the magnetic field lines of this electromagnetic field, causing electrical currents.
  • the electrically conductive body e.g. the rail or in the switch components induced currents cause heating of the electrically conductive body. It is the well-known induction principle.
  • the efficiency is higher, the closer the coupling between the inductor and the electrically conductive body.
  • the induced currents are called eddy currents independent of the degree of coupling. With a larger distance, the induced current density is smaller and thus the heating is less and in addition, here a part of the field closes over the air gaps and is thus lost for the application.
  • the heating of the electrically conductive body is based on the Joule losses.
  • the microprocessor is preferably designed to control or regulate the electric power of the generator by varying the frequency f and / or the pulse width PW of the alternating current fed into the at least one inductor.
  • the frequency f is kept constant and only the pulse width PW used.
  • the abbreviation PW for the generator uses the same abbreviation PW as for the pulse width.
  • the sensor device together with the microprocessor monitor the internal temperature prevailing inside the generator housing and / or the inductor temperature of the at least one inductor as the measurement temperature (s), the microprocessor checking whether this measurement temperature (s) is within a temperature range between a lower temperature limit value T_low and an upper temperature limit T_high.
  • the invention distinguishes between a start mode and an operating mode, wherein the start mode and the temporally subsequent operating mode run automatically each time the generator is switched on or energized.
  • the start mode has the advantage that a relatively rapid heating of the body to be heated within the first time period t1 and the second time period t2 is achieved by him, since the then achieved first power PW1 is relatively high.
  • the first power PW1 preferably corresponds to the maximum power PW max of the generator.
  • the starting power PW Start from which the power PW is increased when the generator is turned on, is for example 25 ⁇ of the maximum power PWmax.
  • the range between the starting power PW start and, for example, half the value of the first power PW1 for the value (which can be set in this range) for the second power PW2 represents an empirical value which ensures is that the lower limit temperature T_low can be reached by the measurement temperature after some time.
  • the first lowered to the second power PW2 power PW of the generator is then increased to the contrast greater third power PW3, which is less than or equal with respect to the first power PW 1, and then the generator while under the third power PW3 operated until the measurement temperature has reached the upper temperature limit T_high.
  • This step ensures that the heat output is as high as possible in relation to the tolerable heat load of the generator.
  • the value for the third power PW3 is to be determined in particular with regard to the energy consumption and the heat load of the inductor.
  • the third power PW 3 is smaller than the first power PW 1 .
  • the generator is then operated under the lower second power PW 2 until the measuring temperature has reached the lower temperature limit T_low.
  • the power PW of the generator is ramped up starting from the second power PW2 until in turn the third power PW3 is reached becomes.
  • a cycle is repeatedly run in the operating mode of the generator, which ensures operation of the generator in a temperature range between the lower temperature limit T_low and the upper temperature limit T_high, in which no temperature damage to the generator and / or the at least one inductor are to be feared and / or no unwanted shutdown occurs.
  • This cycle or operating mode is only ended after switching off the generator.
  • an adaptive multi-point temperature control is realized, wherein the control points are formed by temperature limits.
  • the measurement temperature can be greatly increased, so that it comes to an effect similar to resistance bars, the so-called "super boost".
  • the measuring temperature may also exceed 100 ° C.
  • the control or regulation of the heater automatically goes into the operating mode and thus into the "temperature limit system". This transition can be time-dependent and / or dependent on the measurement temperature.
  • the inductor temperature as an additional or alternative measuring temperature with respect to the internal temperature of the generator is particularly advantageous in the "super boost" start mode, since the inductors can then reach a temperature of more than 100 ° C.
  • the inductor temperature and / or the internal temperature of the generator is then processed by the algorithm of the microcomputer.
  • the latter is advantageous because in the start mode, the inductor temperature rises or falls faster than the internal temperature of the generator. This would therefore result in a greater discharge of the generator.
  • the invention operates completely independently of the lead-based control of the power of the generator, which may include complete disconnection (de-energizing) or energizing (energizing) of the generator.
  • the microprocessor-communicating operating device is provided, via which at least one value for the first time period t 1 , a value for the second time period t 2 , a value for the starting power PW start, a value for the first power PW 1, a value for the second power PW2 and / or a value for the third power PW3 can be controlled in the microprocessor.
  • the temperature monitoring of the inductive heating device can be flexibly adapted to the respective structural design or to the ambient conditions.
  • This operating device can in particular be integral with the generator or integrated into the generator housing.
  • the sensor device comprises at least one temperature sensor, which detects the temperature of the at least one inverter of the generator as a measuring temperature and controls it in the microprocessor.
  • the temperature is detected at a heat sink of the inverter, which then represents a (to be monitored) internal temperature of the generator.
  • the inverter represents an assembly within the generator housing, which can reach a relatively high temperature during operation of the generator and therefore justifies such monitoring.
  • algorithms implemented in the microprocessor may specify an absolute upper limit temperature T_abs as a value for a temperature in the sense which may be reached at most from the measurement temperature (s).
  • This absolute upper limit temperature Tabs is in contrast to the upper limit temperature T_high, which although given, but is variable by default, an unchangeable value and is in particular greater than the upper limit temperature T_high. If the measurement temperature (s) reaches or exceeds this absolute upper limit temperature T_abs, the microprocessor is in particular designed to generally switch off the generator.
  • the microprocessor can be designed to control or regulate the electric power of the generator by varying the frequency f and / or the pulse width PW of the alternating current fed into the at least one inductor.
  • the frequency f is kept constant and only the pulse width PW used as a reference variable of the superimposed control.
  • the abbreviation for the power PW of the generator also uses the same abbreviation PW as for the pulse width. It is true that a lower pulse width, i. a narrower pulse has a lower power and a larger pulse width, i. a wider pulse results in higher performance.
  • the ambient temperature T_ext and / or the temperature of the body to be heated and / or the inductor temperature can preferably be used as an additional reference variable.
  • These are additional reference variables, in particular at the ambient temperature T_ext.
  • the lower temperature limit T_low and the upper temperature limit T_high are always the basic command values and can, but need not, be adjusted by the ambient temperature T_ext.
  • the services are adapted with the aid of the ambient temperature T_ext, which can lead to great energy savings. If the setting is optimal, the generator does not have to be switched off via the higher-level control, since the output power PW of the generator can be moved towards zero when the ambient temperatures T_ext increase.
  • the generator may include a plurality of inverters connected in parallel with respect to the charging device, each of the inverters controlling an inductor, thereby realizing a respective circle.
  • This then parallel supply of the inductors in several parallel circuits has the advantage that each circuit is the same voltage.
  • a temperature sensor can be arranged on or in each inverter, which controls a temperature related to the respective inverter as the measuring temperature in the microprocessor.
  • the microprocessor can be programmed or designed such that it carries out a plausibility check on the basis of the values of the measurement temperatures and generates a warning signal if the values of the measurement temperatures are not plausible.
  • the measurement temperatures obtained from the temperature sensors of the different inverters are compared with one another and the warning signal is generated in the event of significant deviations from one another. This warning signal is then visually displayed on a display of the generator and / or reported to a control center.
  • the sensor device has an ambient temperature sensor which measures the ambient temperature T_ext and activates it in the microprocessor, wherein the microprocessor is programmed or configured to at least adjust the lower temperature limit T_low and / or the upper temperature limit T_high and / or the first power PW1 and / or the second power PW2 and / or the third power PW3 depending on the ambient temperature T_ext. This ensures that the above values are automatically adapted to the external temperature conditions.
  • the two temperature limits T_high and T_low can be corrected depending on the outside temperature T_ext with the aid of a correction factor. This can be done separately for both temperature limits T_low and T_high by two correction factors or together via a single correction factor.
  • the inductive heating device as inductive point or rail heating, it is not necessary in heavy snowfall and an ambient temperature T_ext> 0 ° C, that the generator is operated with an equally high heating power P as at -5 ° C.
  • the predetermined or preset powers starting power PW start, first power PW1, second PW2 and third power PW3 are therefore preferably based on a specific value of ambient temperature T ext , a reference ambient temperature of, for example, -5 ° C.
  • T ext a specific value of ambient temperature
  • the microprocessor is therefore designed such that the above-mentioned preset or preset powers therefore reduce with respect to the reference ambient temperature increasing ambient temperatures T_ext. In practice, this means that the maximum power PW max is preset for eg an ambient temperature of -5 ° C and heavy snowfall.
  • the inductive heating device is still switched on and is in standby mode with power output almost zero.
  • the heating power automatically and continuously increases and the heater is controlled as described above.
  • a ramp-like rise is no longer necessary here because the power increases gradually with decreasing temperature.
  • the energy consumption is primarily dependent on the preset power values, which in turn are adjusted depending on the ambient temperature T_ext and / or on the measured air humidity. The humidity of the environment can therefore enter into the correction factor (s) in addition to the ambient temperature T_ext.
  • the correction factors for the limit temperatures T_high and T_low and the correction factors for the line values for the starting power PW start, the first power PW1, the second PW2 and the third power PW3 are preferably not identical.
  • An adaptation of the power values of the generator is for example made linearly with respect to the ambient temperature T_ext.
  • the inductive heating device preferably forms an inductive point and / or rail heating device, wherein the body to be heated is formed by a rail and / or by a switch.
  • the invention therefore also relates to a rail network for rail vehicles, comprising at least one rail and / or a switch, which comprises at least one such inductive point and / or rail heating device.
  • At least one inductor may be arranged on one or both side surfaces of at least one rail, in particular on a rail section located in the region of a switch.
  • This control or regulation takes place during the operation of the inductive heating device, optionally even before their commissioning by presetting the frequency and / or the pulse width by appropriate means for variable adjustment of at least one of these sizes provided means.
  • the operating parameters frequency and / or pulse width of the generator controlled and fed into the at least one inductor alternating current to the respective inductor or to the respective inductors in terms of their installation position, number and size are customizable.
  • a control by a control device can be done, for example, by a purely manual input of frequency and / or pulse width or even map-dependent, i. a certain measured ambient temperature or measurement temperature (e.g., measured rail / switch temperature) is assigned a particular value for the frequency and / or for the pulse width.
  • a certain measured ambient temperature or measurement temperature e.g., measured rail / switch temperature
  • the frequency is preferably set lower by the control or regulation, the larger the area to be heated (eg length of the rails / switch components) or the greater the length of the induction coils of the inductors used and possibly also the connecting lines of the inductors with each other or to Generator are. Because the greater the length of the conductor wire of the induction coils, the lower is the frequency of the excitation alternating current to set, which is necessary to generate a desired temperature in the body to be heated magnetic field and thus the necessary induction current in the heated To provide body.
  • the frequency therefore serves to adapt the power of the generator to the total inductance of the electrical circuit and thus to the length of the induction coils.
  • the smaller the surface to be heated or the volume to be heated of the body to be heated or the shorter the length of the Induction coils of the inductors and optionally the connecting lines of the inductors with each other or to the generator the higher the frequency of the excitation alternating current can be adjusted to a necessary for generating a desired temperature in the body to be heated magnetic field and thus the necessary induction current in the to have heated body available.
  • pulses can be generated.
  • the inductors are preferably attached to the rails or switch components so that the generated electromagnetic fields and thus the induced currents are concentrated on the area to be heated. This concentration can be enhanced by changing polarity and / or attachment on both sides.
  • FIG. 2 illustrates a schematic plan view of an inductive point and / or rail heating device 1 as a preferred embodiment of an inductive heating device according to the invention.
  • This heating device 1 includes an electric generator 2, which is supplied with alternating current, for example, from a standard 50 Hz AC mains. Alternatively, it can be a 60 or 16 2/3 Hz AC grid or even a DC grid.
  • the generator 2 is part of a plurality of electrical circuits 4, which preferably in relation to the generator 2 in parallel inductors 6 includes. This means that each of the electrical circuits 4 each include an inductor 6 and the generator 2.
  • the inductors 6 are preferably each arranged on an outer side surface 12 of two parallel rails 8 in the region of a switch 10, as in particular from Fig.1 . Fig.2 and Figure 4 evident. Alternatively, the inductors 6 may also be arranged both on the inner side surface 14 of the rails 8 and on the outer side surfaces 12 of the rails 8, as in FIG Fig.2 is indicated.
  • the mobility of the switch 10 is obtained by heating two parallel rails 8 of a rail track in the region of the switch 10 through the inductive switchpoint and / or rail heating device 1 even at low temperatures or risk of icing. Alternatively or additionally, but also parts components of the switch 10 could be heated.
  • the rails 8 12 and / or 14 inductors 6 are preferably attached to the side surfaces thereof.
  • the side surfaces 12, 14 are preferably side surfaces of a rail middle part 16, which seen in vertical direction or in cross section between a lower rail 18, which rests mostly on a sill and an upper rail head 20, on which the Laufund flanges of the wheels of rail vehicles unroll and also be guided sideways.
  • the inductors 6 can be of any desired design, they can assume flat or round shapes. For structural reasons, round shapes may be preferred.
  • the circuit can be made in series or in parallel as required or according to the required power.
  • the inductors are plate-shaped, that is, they have a relatively small thickness measured on the dimension or extent of their side surfaces.
  • the inductors 6 are arranged, for example, equidistantly with respect to the length of the rail or the rails 8 on their side surfaces 12, 14.
  • the inductors 6 are preferably connected to one another in series by electrical connection lines 22 of the electrical circuit 4.
  • such an inductor 8 includes an induction coil 56 with turns 24 of a conductor wire, which are arranged within a single plane, in particular in the plane of the plate.
  • the number of spirals 24, for example spirally designed here, can be adapted by the person skilled in the art if necessary.
  • the windings 24 are preferably cast in a plate-shaped carrier body 26, for example, wherein one end of the conductor wire of the turns 24 protrudes from the mold body 26 in order to be connected to the electric circuit 4 and to close the electric circuit 4.
  • the plane of the turns 24 of the conductor wire of the induction coil 56 is arranged substantially parallel to the associated side surface 12 or 14 of the rail 8.
  • a magnetic field 28 which also detects the relevant, electrically conductive rail 8 and penetrates into this preferably substantially perpendicular to the side surface 12 and / or 14 in order to induce a current there by induction.
  • the inductor 6 is preferably arranged such that the magnetic flux or the magnetic field lines 28 generated by its induction coil 24 are preferably perpendicular to a surface 12 or 14 of a rail 8 or a switch component of a switch 10 (FIG. Figure 6 ).
  • the current induced in the rail 8 causes heating of the rail 8 in the area of the switch 10.
  • the heating of the rail or the rails 8 in the area of the switch 10 causes between the rails and the guides the switch for the rails can not form an ice or snow layer which could block movement of the rails 8 moved by the switch 10.
  • switch components of the switch 10 could be inductively heated by inductors 6, which are arranged accordingly, so that the magnetic field lines can penetrate approximately perpendicular to surfaces of the switch components on which the inductors 6 are arranged.
  • the magnetic field generator is therefore preferably composed of a plurality of individual inductors 6 which are preferably connected in parallel with respect to the generator 2, each having an identical or different length of conductor wire or identical or different physical properties with respect to its conductor wire (inductance, material, diameter, number of Windings 24 etc.).
  • the individual inductors 6 can be connected in parallel in a plurality of electrical circuits 4 (depending on the design, also in series or in combination) with respect to the generator 2.
  • the individual inductors 6 can also be seen overlapping alternately left side and right side of the rail in question 8, then seen in particular in the longitudinal direction of the rail 8.
  • the inductors 6 can be connected in the electrical circuits 4 so that they generate the magnetic field not only in the same direction preferably perpendicular to the rare surface 12, 14 of the rail 8, but for example in the opposite direction, but again preferably perpendicular to the side surface 12th , 14 of the rail 8.
  • inductors 6 are preferably connected in such a way in the parallel electrical circuits 4, that their magnetic fields extend in the same direction, there symbolized by the "+" in a circle.
  • Figure 15 shows an embodiment in which two adjacently arranged inductors 6 generate magnetic fields in opposite directions, which is symbolized there by the "+” in the circle and the “-” in the circle.
  • the inductors 6 so interconnected in the electrical circuits 4, that along a rail 8 their magnetic polarity alternates.
  • the opposite polarity of the inductors 6 results in higher temperatures in the rails 8, so that this measure brings a further energy savings.
  • the inductors 6 are preferably attached laterally to the rails 8 with an outer surface of their carrier body 26 directly or with a minimum distance.
  • the carrier body 26 carrying the windings 24 of the conductor wire may be shaped such that its side surface facing the side surface 12, or 14 of the relevant rail conforms seamlessly to the side surface 12 or 14 of the rail 8.
  • the intrinsic heat of the inductors 6 is transmitted in this way directly to the rails 8 by contacting heat transfer, wherein the inductors 6 are also cooled by rails 8.
  • the attachment of the inductors 6 to the rails 8 by any fastening devices, preferably by screws, gluing, permanent magnets or by mechanical clamping systems.
  • the attachment of the inductors 6 to the rails 8 must be designed so that it is sufficiently resistant to the weather and mechanical stress such as vibrations.
  • the first leg 32 engages around the rail 18 from below.
  • the second leg 34 then exerts a lateral bias on the inductor 6, so that it is urged against the side surface 12 and 14 of the rail 8.
  • the second leg 34 of such a clip 30 may be formed such that the ends of the second leg 34 each bent on the end faces of the plate-shaped inductors attack 6 and thereby fix them in the vertical direction.
  • the second leg 34 may also have a convex bulge 36 seen from the inductor 6 to contact the inductor 6 and a shielding body 38, so that a lateral contact force is exerted on the inductor 6 and the shielding body 38, which first leg 32 is then supported on the rail 18.
  • the bracket 30 is then in the cross section of Figure 4 seen burdened on bending.
  • the clip 30 is preferably made of an electrically conductive metal.
  • the second leg 34 of the bracket 30 and the inductor 6 at least one preferably plate-shaped shielding body 38 of electrically non-conductive, but magnetically conductive material such as ferrite interposed.
  • This shielding body 38 ensures that the clamp 30 is not heated when the windings 24 of the inductor 6 are traversed by alternating current. In order to prevent or at least limit heating of the clamp 30, it is therefore preferably shielded by a ferromagnetic and non-conductive shielding body 38 from the primary electromagnetic fields.
  • a preferred embodiment of the generator 2 is in Figure 8 shown.
  • the generator 2 has a generator housing 58, on the wall of which supply connections 60 for connecting an AC voltage source or a DC voltage source DC, for example, are tapped off from a catenary of a rail network.
  • supply connections 60 for connecting an AC voltage source or a DC voltage source DC for example, are tapped off from a catenary of a rail network.
  • an AC voltage source is present here.
  • a power rectifier 62 is supplied with power.
  • the mains voltage is fed via the mains rectifier 62 in a DC intermediate circuit in a capacitor bank 64 as a charging device.
  • inverters 66a, 66b connected in parallel with respect to the capacitor battery 64, here for example transistor inverters, a square-wave voltage is generated, which is then fed into the inductor 6a, 6b of the relevant electric circuit 4a, 4b, which are connected to inductor terminals of the generator housing 58 are.
  • Each inverter 66a, 66b therefore preferably controls an inductor 6a, 6b within an electrical circuit 4a, 4b.
  • only two electrical circuits 4a, 4b are shown, each with an inductor 6a, 6b. However, it is understood that more than just two electrical circuits or inductors can be present.
  • the inverters 66a. 66b are controlled by a microprocessor 44, which includes algorithms stored in a memory, which will be discussed later.
  • the microprocessor 44 is controlled by an operating device 40, which setting means 42 for manually and separately setting the frequency and / or the pulse width PW of the current injected into the electrical circuits 4a, 4b and thus in the inductors 6a, 6b alternating current.
  • These setting means 42 preferably have a display 46, on which the set values for frequency f and / or the pulse width PW are displayed.
  • the adjusting means 42 as well as the display 46 are preferably arranged on the generator housing 58 and therefore operable or visible from the outside.
  • a sensor terminal 70 is further provided, which is signal-connected to the microprocessor via an internal signal line.
  • a temperature sensor 72 is arranged, for example, on an outer surface of the generator housing 58 so that it can measure the ambient temperature T_ext uninfluenced by the heat development of the generator 2 in operation and can control a corresponding signal in the microprocessor 44.
  • temperature sensors 74a, 74b which measure the temperature of the inverters 66a, 66b and control corresponding temperature signals via internal signal lines in the microprocessor 44, are arranged on heat sinks of the inverters 66a, 66b, which are not explicitly shown here.
  • the following components or components are therefore preferably arranged in or on the generator housing 59: the supply terminals 60, the mains rectifier 62, the capacitor bank 64, the inverters 66a, 66b, the inductor terminals 68a, 68b, the microprocessor 44, the operating device 40 with the adjusting means 42 and the display 46, the inductor terminals 68a, 68b, the sensor terminal 70 and of course all internal wiring and lines.
  • the temperatures T_int1 and T_int2 measured by the internal temperature sensors 74a, 74b relative to the generator housing 58 preferably represent here the actual temperatures of the inverters 66a, 66b during their operation and therefore internal temperatures with respect to the interior of the generator housing 58 the temperature T_int1 corresponds to the temperature of the inverter 66a and the temperature T_int2 corresponds to the temperature of the inverter 66b.
  • a separate air humidity sensor 48 can be provided, which activates a signal corresponding to the instantaneous air humidity into the microprocessor 44.
  • data about the ambient temperature Text and / or the humidity can also originate from external sources and be wirelessly controlled into the microprocessor 44 via a receiving device integral with respect to the generator 2.
  • a temperature sensor 76 is installed on at least one rail 8 and / or switch 10, which measures the temperature of the rail 8 and / or switch components in the region of a switch 10, wherein temperature signals for the actual rail / switch temperature in the microprocessor 44 is controlled become.
  • the operating parameters frequency and / or pulse width of the generator 2 are preferably manually adjustable via the adjustment means 42.
  • both the frequency f and the pulse width PW of the excitation alternating current can be varied by the adjustment means 42 here.
  • only one of these operating variables or parameters could be varied. Therefore, since the power of the generator 2 depends on both the frequency f and the pulse width PW, the power of the generator 2 can be adjusted by adjusting the values for the frequency f and / or the pulse width PW. In this case, a higher frequency leads to a higher power and a lower frequency f to a lower power of the generator 2.
  • FIG. 8 schematically represents, controls the control device 40 with the adjustment means 42, therefore, the set values for the frequency f and / or the pulse width PW in a microprocessor 44, which in turn controls the generator 2 and its inverters 66a, 66b, which then said Set sizes in the electrical circuits 4a, 4b.
  • the set values for frequency f and / or pulse width PW are shown on the display 46.
  • the manual adjustment of the frequency f and / or the pulse width PW can of course be carried out before the operation of the heater 1 or even during operation.
  • the power P of the generator 2 by means of the microprocessor 44 by changing the pulse width PW and / or the frequency f of the excitation alternating current driven by the generator 2 depends on the ambient temperature T_ext and / or on the rail / switch temperature controlled according to at least one predetermined map.
  • the map is stored in the microprocessor 44.
  • the output of electrical energy for example, over the pulse width of the exciter AC current according to a specific algorithm, for example linear as in Figure 5 , 1 controlled.
  • a specific algorithm for example linear as in Figure 5 , 1 controlled.
  • the output by the generator 2 electric power P is driven by controlling the pulse width PW to zero, at -15 ° C and less, however, the maximum electric power is set on the generator 2, as well in Fig.5.1 shown.
  • the frequency f of the exciter alternating current is freely adjustable with regard to the physical properties of the inductors 6.
  • the magnitude of the induced currents is frequency (linear) and field strength dependent (up to quadratic depending on the degree of coupling).
  • the field strength is directly proportional to the excitation alternating current flowing through the inductor 6 or the inductors 6 given the prevailing conditions.
  • the optimum for the energy transfer, in particular for the value of the frequency of the excitation alternating current is therefore determined by the physical properties of the inductor 6 or the inductors 6. It has been found that a particularly high efficiency is achieved in a medium-frequency range of 5 kHz to 15 kHz.
  • the electrical energy requirement of the heating device 1 is then on average below 250 W / m but can be increased to> 600 W / m. This corresponds approximately to a magnetic field strength H of 200 A / m, which value is dependent on the inductor, and may also be less than 100 A / m.
  • the temperature increase dT in the rail 8 / switch 10 with a constant supply of electrical energy is e.g. at 20 K, in particular between 5 K and 50 K.
  • the microprocessor 44 could also have the pulse width PW and / or the frequency f of the excitation alternating current controlled by the generator 2 as a function of at least one reference variable such as the ambient temperature T_ext and / or the rail / switch temperature and / or also dependent on one These temperatures in combination with the humidity regulate.
  • the output power of the generator 2, which is supplied to the inductor or inductors 6, is regulated, in turn, by changing the pulse width PW and / or the frequency f of the exciter alternating current, which flows through the inductor or inductors 6, depending on the command variable or the command variables , Corresponding control algorithms are implemented in the microprocessor 44.
  • the power control of the generator 2 is preferably accomplished by a continuous change of the pulse width PW. It is also possible to perform the power control by frequency modulation. However, then the efficiency is slightly worse.
  • FIG. 5 , 1 An example of a power control process can also be done by Figure 5 , 1 are shown where the electric power of the generator 2 (in kW), which is proportional to the pulse width PW, depending on the ambient temperature T_ext (in ° C) is shown.
  • the power output of the generator 2 is regulated as a function of a reference variable, here for example the ambient temperature T_ext linearly between two freely settable ambient temperature limits, namely between a lower temperature limit (here eg -15 ° C) and an upper temperature limit (here eg + 5 ° C) for the ambient temperature T_ext.
  • the ambient temperature T_ext is less than or equal to the lower temperature limit T_u (here -15 ° C.) or greater than the upper temperature limit T_o (here eg + 5 ° C.), then a constant, but different electrical power P or pulse width PW is set.
  • the power output or the change in the pulse width PW for example, runs linearly dependent on the reference variable (P controller).
  • an average temperature T_av (here, for example, -5 ° C), which is exactly in the middle of the range between the upper temperature limit T_o (here, for example, + 5 ° C) and the lower temperature limit T_u (here, for example, 15 ° C).
  • the ambient temperature T_ext and the ordinate represents the electric power P of the generator 2 is applied again (in kW).
  • T be a function of the change in ambient temperature _EXT starting from the mean temperature T_av either set in the direction of the upper temperature limit T_o or the lower temperature limit T_u different control algorithms for the power output of the generator 2.
  • the lower and upper temperature limit values T_o, T_u as well as the average temperature T_av can be input. These are empirical values, but these can be adapted to local circumstances if necessary.
  • All control operations can be linear (P control). But it is also possible to perform the control operations as PI or PID control or to combine with each other. Consequently, any control algorithms are possible.
  • 1 is a P-control realized in which a linear range between the upper temperature limit T_o (here: + 5 ° C) and the lower temperature limit T_u (here: -15 ° C) is present.
  • T_o the upper temperature limit
  • T_u the lower temperature limit
  • the generator 2 operates on the other hand with a constant minimum power output, the pulse width PW can be lowered to zero.
  • T_ext less than or equal to the lower temperature limit (here -15 ° C)
  • the generator 2 operates at maximum power.
  • the correction factor indicates a percentage of the power output per ° C set for the mean temperature T_av.
  • the regulation then refers to the mean temperature T_av and alters the power output, e.g. between zero and maximum allowable power output.
  • two different correction factors for both directions can be determined, starting from the average temperature T_av up to the upper temperature limit and down to the lower temperature limit.
  • the inductive heating device 1 is remotely switched on or off as required by a railroad station (energizing, discharging the generator), in which case an operation, for example, with previously set constant operating parameters (frequency f, pulse width PW), during the operation map-controlled or manually varied operating parameters (frequency f, pulse width PW) as well as regulated is possible.
  • the inductive point and / or rail heating device 1 continuously over a predetermined heating period (eg from October to March of each year in the northern hemisphere) with constant (electric) power P, with variable manual or map-controlled power PW or operated with regulated power PW.
  • a predetermined heating period eg from October to March of each year in the northern hemisphere
  • constant (electric) power P with variable manual or map-controlled power PW or operated with regulated power PW.
  • the temperature rise rate in the rail 8 / turnout 10 depends directly on the output (electric) power PW of the generator 2, the power of the generator 2 according to another mode immediately after switching on the generator 2 or an activation of the heater 1 for a increased and then back to an operating value be driven, as will be explained later in the context of the operating modes of the generator.
  • Quadrilateral voltage pulses automatically generate symmetrical trapezoid-shaped current pulses with freely adjustable ratio between a dynamic and a static component.
  • the operating device 40 which controls the microprocessor 44, between modes of a constant mode, a frequency mode and a pulse width mode.
  • modes of a constant mode a frequency mode and a pulse width mode.
  • there is also a basic mode according to which the characteristics of the excitation alternating current are not changed.
  • These operating modes or modes of the generator 2 are stored as control software in the microprocessor 44 and can be adjusted via the operating device 40.
  • the control software for the generator 2 for generating alternating magnetic fields implemented in the microprocessor 44 preferably includes a combination of higher frequencies, preferably frequencies in the kHz range, with a superimposed one. Modulation in the low-frequency range such that preferably only oscillating or alternating functions (and thus no pulse or pulse functions) with a rectangular voltage curve and trapezoidal current waveform arise.
  • the higher-order modulation is preferably in a range between 0.1 to 10 Hz.
  • the frequency values are changed according to the clock of the microprocessor 44, for example a thousand times per second. This procedure is applicable to all the above operating modes.
  • the low frequency range of preferably 0.1 Hz to 10 Hz, by having the superordinate modulation, can advantageously enhance the effects of the resulting electromagnetic field changes on the rail / shunt.
  • the frequency f as well as the pulse width PW of the exciting AC current are kept constant.
  • the pulse width PW of the excitation alternating current is continuously changed while the frequency f of the exciter alternating current remains constant.
  • the continuous pulse width change for example by means of MOSFETs or IGBTs, these can advantageously operate in low-loss switching operation.
  • the information to be displayed is contained in a continuous pulse width ratio instead of in a binary manner.
  • the frequency f of the exciter alternating current is continuously changed while the pulse width remains constant.
  • This second mode of operation is possible in principle, it is preferably not used.
  • the generator control in the microprocessor 44 is constructed so that said modes are freely programmable and storable. It is also advantageous if limit values for all operating modes are freely adjustable. This ensures that application-related limit values can be reliably met. It is also advantageous if time constants required for the individual operating modes are all freely adjustable. This improves the controllability of the generator 2 and thus of the electromagnetic field to be generated.
  • a frequency and / or pulse width modulation is performed for the power control or power control of the generator 2.
  • the generator power P is preferably set, controlled or regulated by varying the pulse width PW at a constant frequency f. This is the case when a switch-on signal comes from a higher-level controller, for example in a control panel.
  • the diagram of Figure 13 shows a preferred course of the power PW of the generator 2 in a start mode and in this subsequent operating mode after turning on the generator 2 at a constant frequency f and variable pulse width PW. Since the power P of the generator then depends directly on the pulse width PW, the ordinate represents the pulse width PW representative of the power P.
  • a temperature range between a lower temperature limit T_low and an upper temperature limit T_high is specified here, in each case for the temperatures of the inverters 66a, 66b, which are measured by the temperature sensors 74a, 74b and referred to below as measurement temperatures, as internal temperatures, see Figure 8 .
  • the values for the lower temperature limit value T_low and the upper temperature limit value T_high are input to the generator 2 via the setting means 42 of the operating device 40, for example.
  • This first power PW1 is then kept constant for a predetermined second time period t2.
  • the predetermined second time interval t2 is also previously input via the adjusting means 42 of the operating device 40 in the generator 2.
  • the power PW of the generator 2 is abruptly lowered to a comparatively lower second power PW2, which is in a range between the starting power PW start and, for example, half the value of the first power PW1 lies.
  • the generator 2 is operated under the second power PW2 (until the point P4) until the measurement temperatures have reached the lower temperature limit T_low. This completes the start mode and automatically connects to the (continuous) operating mode at point P4.
  • the power PW of the generator 2 is then ramped up until at point P5 a predetermined, compared to the second power PW2 larger or higher third power PW3 is achieved, which is less than or equal to the first power PW1.
  • the power PW of the generator 2 is abruptly lowered to the second power PW2 (point P7), and then the generator 2 is operated under the lower second power PW2 until the measurement temperatures reach the lower temperature limit T_low, which is in Figure 13 is symbolized by the point P8.
  • the ramp-up of the power from the second power PW2 to the third power PW3, the holding of the third power PW3 to T_high is reached, and the sudden lowering from the third power PW3 to the second power PW2 cyclically repeated as long as the generator is in operation or is energized.
  • control points are formed by the lower temperature limit T_low and the upper temperature limit T_high.
  • the average power Pav delivered to the rail is dependent on how fast after the jump from PW1 (or PW3) the lower limit temperature T_low can be reached.
  • additional cooling measures such as “active cooling” through the use of fans
  • the average power Pav can be significantly increased, so that the use in high mountains would be readily possible, so-called “supper boost”.
  • the multi-point temperature control described above is the control of the size-based control or regulation of the power of the generator 2.
  • the management-based control or regulation of the power of the generator 2 is therefore preferably juxtaposed to the multi-point temperature control.
  • the control / regulation has as reference variable (s) the ambient temperature T_ext and / or the humidity and / or an occurrence of snowfall and / or the temperature of the rail / switch and controls the generator 2 by switching the generator 2 on and off Control / regulation can not prevent turning off the generator 2 due to a high internal temperature of the generator 2, whereby the problems described above occur.
  • the further control / regulation (adaptive multi-point temperature control) has the task by suitable power control to protect the generator 2 against overheating and to prevent unwanted switching off and to improve the power output.
  • the reference variables of this further control / regulation are here exclusively the temperatures described above (lower temperature limit T_low, upper temperature limit T_high, or T_ext).
  • the temperature monitoring of the inductive heating device 1 can be flexibly adapted to the respective structural design and to the environmental conditions. Furthermore, thereby the energy consumption and the thermal load of the inductive heating device 1 can be controlled.
  • algorithms implemented in the microprocessor 44 may specify an absolute upper limit temperature T_abs as a value for a temperature in the sense which may be reached at most from the measurement temperature (s).
  • This absolute upper limit temperature T_abs in contrast to the upper limit temperature T_high, which, although predetermined, but can be varied by default, represents an invariable value and is in particular greater than the upper limit temperature T_high. If the measurement temperature (s) this absolute upper Limit temperature T_abs reaches (reach) or exceeds (exceed), so the microprocessor 44 is designed in particular that it generally turns off the generator 2 (de-energized). This case only occurs when the control should not work at the upper limit temperature T_high. The functionality of the control is monitored by a plausibility check described below.
  • the microprocessor 44 controls the electric power PW of the generator 2 by varying the pulse width PW of the AC power supplied to the inductors 6.
  • the frequency f is kept constant and only the pulse width PW used as a reference variable of the superimposed control.
  • the microprocessor 44 is preferably designed such that it carries out a plausibility check on the basis of the values of the internal temperatures T_int1 and T_int2 and, if the values of the internal temperatures T_int1 and T_int2 are not plausible, generates a warning signal, which is displayed on the display 46, for example.
  • the measurement temperatures obtained from the temperature sensors 74a, 74b of the different inverters 66a, 66b are compared with one another and the warning signal is generated in the event of significant deviations from one another.
  • the microprocessor 44 is preferably designed such that it adapts at least the lower temperature limit value T_low and / or the upper temperature limit value T_high and / or the first power PW1 and / or the second power PW2 and / or the third power PW3 depending on the ambient temperature T_ext , This ensures that the above values are automatically adapted to the external temperature conditions.
  • the two temperature limits T_high and T_low can be corrected depending on the outside temperature T_ext with the aid of a correction factor. This can be done separately for both temperature limits T_low and T_high by two correction factors or together via a single correction factor. For example, it is in heavy snowfall and At an ambient temperature T_ext> 0 ° C, it is not necessary for the generator to be operated with an equally high heating power P as at -5 ° C.
  • the predetermined or preset powers starting power PW start, first power PW1, second PW2 and third power PW3 are therefore preferably based on a specific value of ambient temperature T_ext, a reference ambient temperature T_ext_Bezug of eg -5 ° C. It is then not necessary in contrast to lower temperatures to increase the heat output PW of the generator 2 on, since at lower ambient temperatures T ext is not expected to snowfall.
  • the microprocessor 44 is therefore designed such that the abovementioned preset or preset powers are therefore reduced at increasing ambient temperatures T_ext with respect to the reference ambient temperature T_ext_Beddling. In practice, this means that the maximum power PW max is preset for eg an ambient temperature T_ext of -5 ° C and heavy snowfall.
  • the inductive heating device 1 will not be switched on, for example. However, as the external conditions change, the inductive heater 1 is turned on and controlled as described above. The energy consumption is primarily dependent on the preset power values, which in turn are adjusted depending on the ambient temperature T_ext and / or on the measured air humidity. The humidity of the environment can therefore go into the or the correction factor (s) in addition to the ambient temperature T_ext.
  • the correction factors for the limit temperatures T_high and T_low and the correction factors for the line values for the starting power PW start, the first power PW1, the second PW2 and the third power PW3 may preferably not be identical.
  • An adaptation of the power values of the generator 2 is carried out, for example, linearly with respect to the ambient temperature T_ext.
  • pulse functions for any time-dependent physical quantity g here the excitation alternating current of the induction coils 56, which arise predominantly as the envelope of several pulses are in the FIGS. 7a to 7d where T represents the period of the respective impulse function.
  • pulse or "pulse"
  • pulse it is always a function course during a half-period. This is followed by a pulse with the opposite sign.
  • the positive and negative pulses take place with a zero phase between the two half-waves; in the case of a current profile and / or a field profile, this sequence is uninterrupted.
  • the two half-waves form a periodic alternating function.
  • the magnetic flux ⁇ is directly proportional to the electric current I causing it.
  • the magnetic field strength or the induction of the magnetic field produced by the induction coil 56 is controlled by means of a frequency and / or a pulse width modulation.
  • a control or regulation of the power P of the generator 2 by means of a pulse width modulation is referred to as a first operating mode, a control or regulation by means of a frequency modulation as a second operating mode.
  • the oscillating functions are transformed into alternating functions, whereby the positive and negative areas bounded by the voltage curve are identical within one period.
  • Both positive and negative voltage pulses are rectangular.
  • Figure 10a is the pulse width PW at 100%, in 10B shown with 50%.
  • the control signals for the current and thus also for the course of the current are generated in such a way that there is no interruption in both, independently of the respective pulse width PW comes. If the maximum permissible pulse width PW is limited to the top - for example, with 75% - arise in the current uninterrupted trapezoidal similar waveforms without pulse interruption, as in the Figures 11a and 11b shown.
  • the first operating mode results in a current change and thus also in a flux change. Both quantities can be continuous, i. be changed in a ramp, or jump between two freely selectable limits.
  • All defaults can be set via any arbitrary time or pulse rate constants either manually (by means of a keyboard, for example) or automatically (for example, by means of the control or the control).
  • the inductive heating apparatus 1 includes a generator 2 having at least one inductor 6 with at least one induction coil 56 for generating an electromagnetic field with alternating current.
  • the voltage present at the output of the generator 2 is preferably generated in the form of quadrilateral pulses.
  • the current flowing through the induction coil 56 preferably assumes a symmetrical trapezoidal shape.
  • the trapezoidal-shaped current pulses are preferably generated as individual pulses without additional frequency modulation.
  • the freely adjustable frequency range is preferably between 5 kHz and 15 kHz.
  • the limit values for all operating modes are freely adjustable via the operating device 40. All time constants required for the individual operating modes are likewise freely adjustable via the operating device 40.
  • the gradients are symmetrical.
  • the processes can be carried out with a variable number of pulses or with a constant number of pulses.
  • the generator 2 has a control / regulation freely programmable by the operating device 40 or the adjusting means 42. This programmable controller is implemented in a microprocessor 44.
  • a generator 2 controlled by the microprocessor 44 as described above is preferably used to supply AC power to inductors 6 provided in an inductive heater 1 for attachment to a rail 8 or shunt 10, the one controlled or controlled by the microprocessor 44 Generator 2, the frequency f and / or the pulse width PW of the excitation alternating current of the inductors 6 changed.
  • an in Figure 8 in summary, shown inductive heating device with at least one of an example AC voltage source fed generator 2, a line connection 22 between the generator 2 and at least one at least one induction coil 56 containing inductor 6 for supplying the at least one induction coil 56 with generated by the generator 2 alternating current, and with a control or regulating device 44 for controlling or regulating the electric power of the generator 2 by varying the frequency f and / or the pulse width PW of the alternating current fed into the induction coil 56 is preferably used as an inductive point and / or rail heating, wherein the at least one Inductor 6 is arranged on a rail 8 and / or on a switch 10 of a rail network and in which due to the supplied with the AC induction coil 56 in the rail 8 and / or in the switch 10 by electromagnetic induction inducing a current is decorated, which heats the rail 8 and / or the switch 10.
  • the inductive heater may be used to heat any other electrically conductive one Body can be used.
  • the multi-point temperature control described above serves to protect the generator of the inductive heating against overheating while optimizing performance and can be applied to all inductive heating regardless of application and cooling (convection, forced ventilation, water cooling, ). It is therefore applicable to all continuous or quasi-continuous inductive heating processes.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine induktive Heizvorrichtung (1), welche einen von einer Spannungsquelle gespeisten Generator (2) sowie wenigstens einen Induktor (6) beinhaltet, wobei der Generator (2) als Baugruppen wenigstens einen Netzgleichrichter (62), wenigstens einen Mikroprozessor (44), wenigstens eine Ladeeinrichtung (64) sowie wenigstens einen Wechselrichter (66a, 66b) umfasst und die Baugruppen des Generators (2) in einem Generatorgehäuse (58) untergebracht sind, der durch die elektronische Steuerung (44) gesteuerte Generator (2) über eine Leitungsverbindung (22a, 22b) wenigstens einen wenigstens eine Induktionsspule enthaltenden, zur Befestigung an einem zu beheizenden, elektrisch leitfähigen Körper (8, 10) vorgesehenen Induktor (6) mit Wechselstrom versorgt, und aufgrund der mit dem Wechselstrom gespeisten Induktionsspule (56) des Induktors (6) in dem zu beheizenden, elektrisch leitfähigen Körper durch elektromagnetische Induktion ein Strom induziert wird, welcher den zu beheizenden Körper erwärmt, und in dem Mikroprozessor (44) Algorithmen für die Steuerung oder die Regelung der Leistung des Generators (2) abhängig von einer Führungsgröße (T_ ext ) implementiert sind. Gemäß der Erfindung ist eine Mehr-Punkt-Temperaturregelung mit Startmodus und Betriebsmodus vorgesehen, welche bewirkt, dass vorzugsweise eine Innentemperatur und/oder eine Induktortemperatur innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs gehalten werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine induktive Heizvorrichtung, welche einen von einer Spannungsquelle gespeisten Generator sowie wenigstens einen Induktor beinhaltet, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
  • Eine solche induktive Heizvorrichtung ist aus EP 2 720 513 B1 beispielsweise als induktive Weichen-/oder Schienenheizvorrichtung bekannt. Weichen- und/oder Schienenheizvorrichtungen dienen dazu, wenigstens einen Abschnitt einer Schiene oder eines aus zwei parallelen Schienen bestehenden Schienenstrangs und/oder eine Weiche frei von Eis und Schnee zu halten, um eine Eisbildung auf Oberflächen von Schienen oder Weichen generell zu vermeiden oder ein Festfrieren von beweglichen Elementen einer Weiche zu verhindern.
  • Induktive Heizvorrichtungen nutzen Effekte der elektromagnetischen Induktion, wonach durch Wechselbestromung einer oder mehrerer Spulen eines Induktors in dem elektrisch leitfähigen Körper, z.B. einer Schiene oder Weiche elektrische Ströme induziert werden, durch welche sich die betreffende Schiene oder Weiche aufheizen und damit von Eis und Schnee befreien oder befreit halten. Der Induktor gibt seine relativ niedrige Verlustwärme nahezu im vollen Umfang an die Schiene oder Weiche ab, was zur Einsparung von elektrischer Energie beiträgt. Für die Wirkung ist daher kein direkter oder enger Kontakt des Induktors mit der Schiene oder Weiche notwendig.
  • In der gattungsgemäßen EP 2 720 513 B1 ist eine Zwei-Punktsteuerung verwirklicht. Der Ablauf erfolgt folgendermaßen; Nachdem der Generatoreingang mit dem Wechselstromnetz verbunden wurde, führt die Steuerung selbstständig den Generatorhochlauf im Rahmen eines Startmodus durch. Ist dieser beendet, so startet die Steuerung automatisch den Heizvorgang im Rahmen des Betriebsmodus. Da der Vorgang auch bei sehr niedrigen Außentemperaturen erfolgen kann, ist es für alle Halbleiter vom Vorteil, den Laststrom bzw. die Heizleistung langsam zu erhöhen. Dies passiert über eine einstellbare Zeit während der die Leistung von einem niedrigen Wert - praktisch von Null an - auf einen relativ hohen Wert erhöht wird. Hierbei kann es sich um einen Wert handeln, der oberhalb der Dauerleistungsfähigkeit des Generators liegt. Deshalb wird nach einer bestimmten Zeit die Leistung sprunghaft oder kontinuierlich auf die vorher abgestimmte Dauerleistung abgesenkt. Reicht diese Dauerleistung nicht aus - z.B. bei einem starken Schneefall - muss der Generator ausgeschaltet und wieder eingeschaltet werden um wieder in den Genuss der höheren Anfangsleistung zu kommen. Wird der Generator durch die übergeordnete Steuerung aus- und wieder eingeschaltet, so handelt es sich um einen normalen Ablauf und keinen Fehlermodus. Würde der Generator mit hoher Leistung über einen längeren Zeitraum betrieben, dann schaltet ein Temperaturschalter die Heizvorrichtung aus, welche sich dann im Fehlermodus befindet. In einem solchen Fall ist es notwendig, die Fehlerursache zu finden, zu beseitigen und (soweit möglich) die Fehlermeldung zurück zu setzten. Dies ist aber umständlich und wegen der entfernten Lage der Heizvorrichtung am Schienenstrang von einer Steuerzentrale nicht oder nicht sofort möglich.
  • Eine weitere Ursache für Betriebsunterbrechungen der bekannten Heizvorrichtung stellt auch eine thermische Überlastung des Generators dar. Dabei erfolgt eine komplette Abschaltung des Generators. Solche Unterbrechungen sind unerwünscht, weil sie einen aktiven Eingriff von Bedienpersonal nach sich ziehen, was aber wegen der entfernten Lage der Heizvorrichtung am Schienenstrang von einer Steuerzentrale nicht oder nicht sofort möglich ist.
  • Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Heizvorrichtung der eingangs erwähnten Art derart fortzubilden, dass sie eine höhere Verfügbarkeit aufweist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Die Erfindung basiert auf dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion, wobei in der Umgebung eines mit Wechselstrom durchflossenen Leiters, hier insbesondere Leitungsdrahtwindungen eines Induktors, ein elektromagnetisches Feld entsteht, das in anderen elektrischen Leitern, hier der zu beheizende elektrisch leitfähige Körper wie z.B. eine Schiene oder Weiche bzw. Weichenbauteile eines Schienenstrangs für Schienenfahrzeuge, die sich innerhalb dieses elektromagnetischen Felds befinden bzw. von den magnetischen Feldlinien dieses elektromagnetischen Felds erfasst werden, elektrische Ströme hervorruft. Diese in dem elektrisch leitfähigen Körper z.B. der Schiene oder in den Weichenbauteilen induzierten Ströme verursachen eine Erwärmung des elektrisch leitfähigen Körpers. Es handelt sich dabei um das bekannte Induktionsprinzip.
  • Je enger die Kopplung zwischen dem Induktor und dem elektrisch leitfähigen Körper, desto kleiner sind die Streufelder und die Effizienz der Übertragung steigt und die induzierten Ströme haben klar definierte Bahnen. Der Wirkungsgrad ist dabei umso höher, desto enger die Kopplung zwischen dem Induktor und dem elektrisch leitfähigen Körper ist. Die induzierten Ströme heissen dabei Wirbelströme (eddy currents) unabhängig von Kopplungsgrad. Bei größerem Abstand ist die induzierte Stromdichte kleiner und damit die Erwärmung geringer und zusätzlich schließt sich hier ein Teil des Feldes über die Luftstrecken und geht damit für die Applikation verloren. Die Erwärmung des elektrisch leitfähigen Körpers erfolgt auf der Basis der Joule'schen Verluste.
  • Vor diesem Hintergrund ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass
    • e) eine mit dem Mikroprozessor signalleitend verbundene Sensoreinrichtung vorgesehen ist, welche wenigstens eine im Inneren des Generatorgehäuses herrschende Innentemperatur und/oder die Induktortemperatur des wenigstens einen Induktors als Messtemperatur(en) misst und in den Mikroprozessor einsteuert, wobei
    • f) in dem Mikroprozessor implementierten Algorithmen ein Temperaturbereich zwischen einem unteren Temperaturgrenzwert T_low und einem oberen Temperaturgrenzwert T_high für die Messtemperatur vorgegeben ist, wobei
    • g) der elektrische Generator derart von dem Mikroprozessor gesteuert ist, dass
      • g1) im Rahmen eines Startmodus nach einem Einschalten des Generators die Leistung PW des Generators ausgehend von einer Startleistung PW Start über eine vorgegebene erste Zeitspanne t1 rampenartig auf eine demgegenüber höhere erste Leistung PW1 erhöht wird, welche kleiner oder gleich einer maximalen Leistung PW max des Generators ist, und
      • g2) diese erste Leistung PW1 über eine vorgegebene zweite Zeitspanne t2 konstant gehalten wird, und dann
      • g3) die Leistung PW des Generators sprunghaft auf eine demgegenüber niedrigere zweite Leistung PW2, die aber größer als die Startleistung PW Start ist, abgesenkt wird, und dann
      • g4) der Generator solange unter der zweiten Leistung PW2 betrieben wird, bis die Messtemperatur den unteren Temperaturgrenzwert T_low erreicht hat, und dann
      • g5) im Rahmen eines Betriebsmodus
        • g5.1) die Leistung PW des Generators rampenartig erhöht wird, bis eine vorgegebene, gegenüber der zweiten Leistung PW2 größere dritte Leistung PW3 erreicht wird, welche kleiner oder gleich in Bezug zur ersten Leistung PW1 ist, und dann
        • g5.2) der Generator solange unter der dritten Leistung PW3 betrieben wird bis die Messtemperatur den oberen Temperaturgrenzwert T_high erreicht hat, und dann
        • g5.3) die Leistung PW des Generators sprunghaft auf die zweite Leistung PW2 abgesenkt wird, und dann
        • g5.4) der Generator solange unter der niedrigeren zweiten Leistung PW2 betrieben wird, bis die Messtemperatur den unteren Temperaturgrenzwert T_low erreicht hat, und dann
        • g5.5) die Schritte g5.1) bis g5.4) zyklisch wiederholt werden.
  • Bevorzugt ist der Mikroprozessor zur Steuerung oder Regelung der elektrischen Leistung des Generators durch Variieren der Frequenz f und/oder der Pulsweite PW des in den wenigstens einen Induktor eingespeisten Wechselstroms ausgebildet. Bevorzugt wird allerdings die Frequenz f konstant gehalten und lediglich die Pulsweite PW herangezogen. Aus diesem Grund wird als Abkürzung für die Leistung PW des Generators das gleiche Kürzel PW wie für die Pulsweite verwendet.
  • Mit anderen Worten überwachen die Sensoreinrichtung zusammen mit dem Mikroprozessor die im Inneren des Generatorgehäuses herrschende Innentemperatur und/oder die Induktortemperatur des wenigstens einen Induktors als Messtemperatur(en), wobei der Mikroprozessor überprüft, ob diese Messtemperatur(en) innerhalb eines Temperaturbereichs zwischen einem unteren Temperaturgrenzwert T_low und einem oberen Temperaturgrenzwert T_high liegt.
  • Dabei unterscheidet die Erfindung zwischen einem Startmodus und einem Betriebsmodus, wobei der Startmodus und der zeitlich nachfolgende Betriebsmodus nach jedem Einschalten oder Bestromen des Generators automatisch ablaufen.
  • Der Startmodus bietet den Vorteil, dass durch ihn eine relativ schnelle Erwärmung des zu beheizenden Körpers innerhalb der ersten Zeitspanne t1 und der zweiten Zeitspanne t2 erzielt wird, da die dann erreichte erste Leistung PW1 relativ hoch ist. Bevorzugt entspricht die erste Leistung PW1 der maximalen Leistung PW max des Generators. Die Startleistung PW Start, von welcher aus beim Einschalten des Generators die Leistung PW erhöht wird, beträgt beispielsweise 25 ‰ der maximalen Leistung PWmax.
  • Der Bereich zwischen der Startleistung PW Start und beispielsweise dem halben Wert der ersten Leistung PW1 für den (in diesem Bereich einstellbaren) Wert für die zweite Leistung PW2 stellt einen Erfahrungswert dar, mit welchem sichergestellt wird, dass die untere Grenztemperatur T_low von der Messtemperatur nach einiger Zeit erreicht werden kann.
  • Im Laufe des anschließenden Betriebsmodus wird dann die zunächst auf die zweite Leistung PW2 abgesenkte Leistung PW des Generators auf die demgegenüber größere dritte Leistung PW3 erhöht, welche kleiner oder gleich in Bezug zur ersten Leistung PW1 ist, und dann der Generator solange unter der dritten Leistung PW3 betrieben, bis die Messtemperatur den oberen Temperaturgrenzwert T_high erreicht hat. Mit diesem Schritt wird erreicht, dass die Heizleistung in Bezug auf die tolerierbare Wärmebelastung des Generators möglichst hoch ist. Der Wert für die dritte Leistung PW3 ist insbesondere im Hinblick auf den Energieverbrauch und die Wärmebelastung des Induktors festzulegen. Vorzugsweise ist die dritte Leistung PW3 kleiner als die erste Leistung PW1.
  • Wenn dann nach einiger Betriebszeit des Generators unter der dritten Leistung PW3 der obere Temperaturgrenzwert T_high erreicht wird, sorgt die anschließende sprunghafte Absenkung auf die zweite Leistung PW2 dafür, dass Schädigungen des Generators durch zu hohe Temperaturen vermieden werden.
  • Betrieben wird der Generator dann solange unter der niedrigeren zweiten Leistung PW2 bis die Messtemperatur den unteren Temperaturgrenzwert T_low erreicht hat. Durch eine geeignete Wahl der zweiten Leistung PW2 innerhalb des genannten Bereichs kann dies sichergestellt werden.
  • Um eine möglichst hohe Heizleistung des Generators in Bezug auf die tolerierbare Wärmebelastung des Generators und/oder des wenigstens einen Induktors zu erreichen, wird in dem anschließenden Schritt die Leistung PW des Generators ausgehend von der zweiten Leistung PW2 rampenartig erhöht bis wiederum die dritte Leistung PW3 erreicht wird.
  • Wenn dann im Betrieb des Generators unter der dritten Leistung PW3 wiederum die Messtemperatur den oberen Temperaturgrenzwert T_high erreicht hat, dann wird die Leistung PW des Generators wiederum sprunghaft auf die zweite Leistung PW2 abgesenkt.
  • Infolgedessen wird im Betriebsmodus des Generators wiederholt ein Zyklus durchlaufen, der einen Betrieb des Generators in einem Temperaturbereich zwischen dem unteren Temperaturgrenzwert T_low und dem oberen Temperaturgrenzwert T_high gewährleistet, in welchem keine Temperaturschädigungen des Generators und/oder des wenigstens einen Induktors zu befürchten sind und/oder kein unerwünschtes Abschalten erfolgt. Dieser Zyklus bzw. der Betriebsmodus wird erst nach Abschalten des Generators beendet. Mithin wird eine adaptive Mehr-Punkt-Temperaturregelung verwirklicht, wobei die Regelpunkte durch Temperaturgrenzwerte gebildet werden.
  • Während des Startmodus kann daher die Messtemperatur stark erhöht werden, so dass es zu einem Effekt ähnlich wie bei Widerstandsstäben kommt, dem sogenannte "super boost". Je nach Ausführung der Induktoren kann die Messtemperatur auch 100°C überschreiten. Danach geht die Steuerung bzw. Regelung der Heizeinrichtung automatisch in den Betriebsmodus und damit in das "Temperatur-Grenzwertsystem". Dieser Übergang kann zeitabhängig und/oder abhängig von der Messtemperatur erfolgen.
  • Die Induktortemperatur als zusätzliche oder alternative Messtemperatur in Bezug auf die Innentemperatur des Generators ist vor allem im Startmodus "super boost" vorteilhaft, da die Induktoren dann eine Temperatur von mehr als 100 °C erreichen können. Die Induktortemperatur und/oder die Innentemperatur des Generators wird (werden) dann von dem Algorithmus des Mikrocomputers verarbeitet. Insbesondere Letzteres ist von Vorteil, da im Startmodus die Induktortemperatur schneller steigt bzw. fällt als die Innentemperatur des Generators. Dies würde daher eine größere Entlastung des Generators zur Folge haben.
  • Aufgrund der erfindungsgemäßen Maßnahmen kann nun nicht mehr der eingangs beschriebene Fall eintreten, dass der Generator aufgrund eines einmaligen Überschreitens einer absoluten oberen Temperaturgrenze T_abs automatisch abgeschaltet wird, welche einen festen Wert darstellt und im Rahmen eines Überlastungsschutzes des Generators und/oder des Induktors vorgesehen ist. Da die erfindungsgemäße Temperaturüberwachung der induktiven Heizvorrichtung automatisch und selbstständig erfolgt und dabei der Generator auch ständig in Betrieb bleibt, kann das Wartungspersonal von einer Wiederinbetriebnahme aufgrund von thermischer Überlast befreit werden, was insbesondere im Hinblick auf induktive Weichen- und/oder Schienenheizvorrichtungen von Vorteil ist, bei welchen die Generatoren/Induktoren meist weit entfernt von der nächsten Wartungsstation angeordnet sind. Dadurch werden auch Fehlermeldungen, die zu einem Abschalten des Generators führen würden, weitgehend vermieden. Insgesamt ist daher der Wartungsaufwand für die erfindungsgemäße induktive Heizeinrichtung vorteilhaft niedrig.
  • Insbesondere arbeitet die Erfindung völlig unabhängig von der führungsgrößenbasierten Steuerung oder Regelung der Leistung des Generators, welche ein vollständiges Abschalten (Entstromen) oder Einschalten (Bestromen) des Generators beinhalten kann.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
  • Besonders bevorzugt ist mit dem Mikroprozessor kommunizierende Bedieneinrichtung vorgesehen, über welche wenigstens ein Wert für die erste Zeitspanne t1, ein Wert für die zweite Zeitspanne t2, ein Wert für die Startleistung PW Start, ein Wert für die erste Leistung PW1, ein Wert für die zweite Leistung PW2 und/oder ein Wert für die dritte Leistung PW3 in den Mikroprozessor einsteuerbar ist. Dadurch kann die Temperaturüberwachung der induktiven Heizeinrichtung flexibel an die jeweilige konstruktive Ausführung bzw. an die Umgebungsverhältnisse angepasst werden. Weiterhin sind dadurch auch der Energieverbrauch und die thermische Belastung der induktiven Heizvorrichtung steuerbar. Diese Bedieneinrichtung kann insbesondere mit dem Generator integral ausgeführt bzw. in das Generatorgehäuse integriert sein.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung umfasst die Sensoreinrichtung wenigstens einen Temperatursensor, welcher die Temperatur des wenigstens einen Wechselrichters des Generators als Messtemperatur erfasst und in den Mikroprozessor einsteuert. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert sein, dass die Temperatur an einem Kühlkörper des Wechselrichters erfasst wird, welche dann eine (zu überwachende) Innentemperatur des Generators darstellt. Es hat sich nämlich herausgestellt, dass insbesondere der Wechselrichter eine Baugruppe innerhalb des Generatorgehäuses darstellt, welche im Betrieb des Generators eine relativ hohe Temperatur erreichen kann und daher eine solche Überwachung rechtfertigt.
  • Weiterhin kann in dem Mikroprozessor implementierten Algorithmen eine absolute obere Grenztemperatur T_abs als Wert für eine Temperatur in dem Sinne vorgegeben sein, welche maximal von der/den Messtemperaturen erreicht werden darf. Diese absolute obere Grenztemperatur Tabs stellt im Gegensatz zur oberen Grenztemperatur T_high, welche zwar vorgegeben, aber durch Voreinstellung variierbar ist, einen unveränderbaren Wert dar und ist insbesondere größer als die obere Grenztemperatur T_high. Falls die Messtemperatur(en) diese absolute obere Grenztemperatur T_abs erreicht oder überschreitet, so ist der Mikroprozessor insbesondere ausgebildet, dass er den Generator generell abschaltet.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Maßnahme kann der Mikroprozessor zur Steuerung oder Regelung der elektrischen Leistung des Generators durch Variieren der Frequenz f und/oder der Pulsweite PW des in den wenigstens einen Induktor eingespeisten Wechselstroms ausgebildet sein. Bevorzugt wird allerdings die Frequenz f konstant gehalten und lediglich die Pulsweite PW als Führungsgröße der überlagerten Regelung herangezogen. Aus diesem Grund wird auch im Folgenden als Abkürzung für die Leistung PW des Generators das gleiche Kürzel PW wie für die Pulsweite verwendet. Dabei gilt, dass eine niedrigere Pulsweite, d.h. ein schmälerer Puls eine niedrigere Leistung und eine größere Pulsweite, d.h. ein breiterer Puls eine höhere Leistung nach sich zieht.
  • Bei der Steuerung oder Regelung der elektrischen Leistung des Generators abhängig von den oben beschriebenen Temperaturführungsgrößen kann als zusätzliche Führungsgröße bevorzugt die Umgebungstemperatur T_ext und/oder die Temperatur des zu beheizenden Körpers und/oder die Induktortemperatur herangezogen werden. Mit anderen Worten wird ein Sollwert für eine oder mehrere der genannten Größen entweder im Rahmen eines Kennfeldes (Steuerung) oder für einen Ist-Sollwertabgleich vorgegeben. Es handelt sich hierbei um zusätzliche Führungsgrößen, insbesondere bei der Umgebungstemperatur T_ext. Der untere Temperaturgrenzwert T_low und der obere Temperaturgrenzwert T_high sind stets die Basisführungsgrößen und können, aber müssen nicht auch durch die Umgebungstemperatur T_ext angepasst werden. Bevorzugt werden aber mit Hilfe der Umgebungstemperatur T_ext die Leistungen angepasst, was zu einer großer Energieeinsparung führen kann. Bei optimaler Einstellung muss der Generator über die übergeordnete Steuerung gar nicht abgeschaltet werden, da bei steigenden Umgebungstemperaturen T_ext die Ausgangsleistung PW des Generators in Richtung Null gefahren werden kann.
  • Insbesondere kann der Generator mehrere in Bezug zur Ladeeinrichtung parallel geschaltete Wechselrichter beinhalten, wobei jeder Wechselrichter jeweils einen Induktor steuert und dadurch jeweils ein Kreis verwirklicht wird. Diese dann parallele Versorgung der Induktoren in mehreren parallel geschalteten Kreisen hat den Vorteil, dass je Kreis dieselbe Spannung vorliegt. In diesem Fall kann an oder in jedem Wechselrichter mittelbar oder unmittelbar ein Temperatursensor angeordnet sein, welcher eine auf den jeweiligen Wechselrichter bezogene Temperatur als Messtemperatur in den Mikroprozessor einsteuert.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Maßnahme kann der Mikroprozessor derart programmiert oder ausgebildet sein, dass er eine Plausibilitätsprüfung anhand der Werte der Messtemperaturen durchführt und bei nicht plausiblen Werten der Messtemperaturen ein Warnsignal erzeugt. Mit anderen Worten werden im Mikroprozessor die von den Temperatursensoren der unterschiedlichen Wechselrichter erhaltenen Messtemperaturen miteinander verglichen und bei signifikanten Abweichungen voneinander das Warnsignal erzeugt. Dieses Warnsignal wird dann optisch auf einem Display des Generators angezeigt und/oder an eine Zentrale gemeldet.
  • Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Sensoreinrichtung einen Umgebungstemperatursensor aufweist, welcher die Umgebungstemperatur T_ext misst und in den Mikroprozessor einsteuert, wobei der Mikroprozessor programmiert oder ausgebildet Ist, dass er wenigstens den unteren Temperaturgrenzwert T_low und/oder den oberen Temperaturgrenzwert T_high und/oder die erste Leistung PW1 und/oder die zweite Leistung PW2 und/oder die dritte Leistung PW3 abhängig von der Umgebungstemperatur T_ext anpasst. Damit wird erreicht, dass die oben genannten Werte an die äußeren Temperaturbedingungen automatisch angepasst werden.
  • Um Energie zu sparen zu können, können daher die beiden Temperaturgrenzwerte T_high und T_low abhängig von der Außentemperatur T_ext mit Hilfe eines Korrekturfaktors korrigiert werden. Dies kann für beide Temperaturgrenzwerte T_low und T_high getrennt durch zwei Korrekturfaktoren oder gemeinsam über einen einzigen Korrekturfaktor geschehen. Beispielsweise bei einer Ausbildung der induktiven Heizvorrichtung als induktive Weichen- oder Schienenheizung ist es bei starkem Schneefall und einer Umgebungstemperatur T_ext > 0 °C nicht notwendig, dass der Generator mit einer ebenso großen Heizleistung P betrieben wird wie etwa bei -5 °C.
  • Die vorgegebenen bzw. voreingestellten Leistungen Startleistung PW Start, erste Leistung PW1, zweite PW2 und dritte Leistung PW3 sind daher bevorzugt auf einen bestimmten Wert von Umgebungstemperatur Text bezogen, einer Bezugs-Umgebungstemperatur von z.B. -5 °C. Es ist dann Insbesondere bei einer Ausbildung der induktiven Heizeinrichtung als induktive Weichen- oder Schienenheizung nicht erforderlich bei demgegenüber niedrigeren Temperaturen die Heizleistung PW des Generators weiter zu erhöhen, da bei niedrigeren Umgebungstemperaturen nicht mit Schneefall zu rechnen ist. Der Mikroprozessor ist daher ausgebildet, dass die oben genannten vorgegebenen bzw. voreingestellten Leistungen daher bei in Bezug auf die Bezugs-Umgebungstemperatur steigenden Umgebungstemperaturen T_ext reduziert. In der Praxis bedeutet dies, dass die maximale Leistung PW max für z.B. eine Umgebungstemperatur von - 5 °C und starken Schneefall voreingestellt wird. Wird aber dann anhand von Wetterdaten festgestellt, dass keine frierende Nässe oder Schneefall zu erwarten sind, ist die induktive Heizvorrichtung weiter eingeschaltet und befindet sich in stand by Modus mit Leistungsabgabe nahezu Null. Ändern sich indessen die äußeren Bedingungen erhöht sich die Heizleistung automatisch und kontinuierlich und die Heizvorrichtung wird wie oben beschrieben gesteuert. Ein rampenförmiger Anstieg ist hier nicht mehr notwendig, weil sich die Leistung mit fallender Temperatur stufenweise erhöht. Der Energieverbrauch ist dabei vor allem von den voreingestellten Leistungswerten abhängig, die wiederum abhängig von der Umgebungstemperatur T_ext und/oder von der gemessenen Luftfeuchtigkeit angepasst werden. Die Luftfeuchtigkeit der Umgebung kann daher neben der Umgebungstemperatur T_ext in den oder die Korrekturfaktoren eingehen.
  • Insbesondere sind die Korrekturfaktoren für die Grenztemperaturen T_high und T_low und die Korrekturfaktoren für die Leitungswerte für die Startleistung PW Start, die erste Leistung PW1, die zweite PW2 und die dritte Leistung PW3 bevorzugt nicht identisch. Eine Anpassung der Leistungswerte des Generators wird beispielsweise linear in Bezug auf die Umgebungstemperatur T_ext vorgenommen.
  • Wie oben bereits beschrieben, bildet die erfindungsgemäße induktive Heizeinrichtung bevorzugt eine induktive Weichen- und/oder Schienenheizvorrichtung aus, wobei der zu beheizende Körper durch eine Schiene und/oder durch eine Weiche gebildet wird.
  • Die Erfindung betrifft daher auch ein Schienennetz für Schienenfahrzeuge, beinhaltend wenigstens eine Schiene und/oder eine Weiche, welches wenigstens eine solche induktive Weichen- und/oder Schienenheizvorrichtung umfasst.
  • Bei einem solchen Schienennetz kann wenigstens ein Induktor an einer oder an beiden Seitenflächen wenigstens einer Schiene angeordnet sein, insbesondere an einem im Bereich einer Weiche befindlichen Schienenabschnitt.
  • Wie oben bereits angedeutet ist neben der oben beschriebenen Steuerung oder Regelung der Heizeinrichtung abhängig von dem unteren Temperaturgrenzwert T_low und dem oberen Temperaturgrenzwert T_high auch eine Steuerung oder einer Regelung der elektrischen Leistung des Generators durch Variieren der Frequenz und/oder der Pulsweite des in den wenigstens einen Induktor eingespeisten Wechselstroms vorgesehen.
  • Diese Steuerung oder Regelung findet während des Betriebs der induktiven Heizeinrichtung statt, wahlweise auch bereits vor deren Inbetriebnahme durch Voreinstellung von Frequenz und/oder der Pulsweite durch entsprechende zur variablen Einstellung wenigstens einer dieser Größen vorgesehene Mittel.
  • Damit sind die Betriebsparameter Frequenz und/oder Pulsbreite des vom Generator ausgesteuerten und in den wenigstens einen Induktor eingespeisten Wechselstroms an den jeweiligen Induktor oder an die jeweiligen Induktoren hinsichtlich deren Einbaulage, Anzahl und Größe anpassbar.
  • Eine Steuerung durch eine Steuereinrichtung kann dabei beispielsweise durch eine rein manuelle Eingabe von Frequenz und/oder Pulsweite oder aber auch kennfeldabhängig erfolgen, d.h. einer bestimmten gemessenen Umgebungstemperatur oder Messtemperatur (z.B. gemessenen Schienen-/Weichentemperatur) wird ein bestimmter Wert für die Frequenz und/oder für die Pulsweite zugeordnet.
  • Beispielsweise wird die Frequenz durch die Steuerung oder Regelung bevorzugt umso niedriger eingestellt, desto größer die zu erwärmende Fläche (z.B. Länge der Schienen/Weichenbauteile) bzw. je größer die Länge der Induktionsspulen der eingesetzten Induktoren und gegebenenfalls auch der Verbindungsleitungen der Induktoren untereinander bzw. zum Generator sind. Denn je größer die Länge des Leiterdrahts der Induktionsspulen ist, desto niedriger ist die Frequenz des Erreger-Wechselstroms einzustellen, der notwendig ist, um ein zur Erzeugung einer gewünschten Temperatur in dem zu beheizenden Körper notwendiges Magnetfeld und damit den dafür notwendigen Induktionsstrom in dem zu beheizenden Körper zur Verfügung zu stellen.
  • Die Frequenz dient daher zur Anpassung der Leistung des Generators an die Gesamtinduktivität des elektrischen Kreises und damit an die Länge der Induktionsspulen. Umgekehrt gilt, dass je kleiner die zu erwärmende Fläche bzw. das zu erwärmende Volumen des zu beheizenden Körpers bzw. je kürzer die Länge der Induktionsspulen der Induktoren und gegebenenfalls der Verbindungsleitungen der Induktoren untereinander bzw. zum Generator sind, desto höher kann die Frequenz des Erreger-Wechselstroms eingestellt werden, um ein zur Erzeugung einer gewünschten Temperatur in dem zu beheizenden Körper notwendiges Magnetfeld und damit den dafür notwendigen Induktionsstrom in dem zu beheizenden Körper zur Verfügung zu haben.
  • Hintergrund dieser Überlegungen ist, dass mit größer werdender zu erwärmender Fläche bzw. Volumen damit mit größer werdender Länge der Induktionsspulen die Impedanz steigt.
  • Insbesondere sind bei der angestrebten elektromagnetischen Induktion unter Verwendung periodischer oder auch aperiodischer Steuer- oder Regelfunktionen Impulse erzeugbar.
  • Durch die Möglichkeit der Anpassung der elektrischen Leistung des Generators hinsichtlich Frequenz und/oder Pulsweite des Erreger-Wechselstroms für den wenigstens einen Induktor ist gegenüber dem Stand der Technik eine erhebliche Energieeinsparung möglich, weil bedingt durch eine mögliche individuelle Anpassung des Erreger-Wechselstroms an die jeweilige Ausführung des Induktors oder der Induktoren die Impedanz, d.h. der Widerstand anpassbar ist.
  • Bei induktiven Weichen- oder Schienenheizungen werden die Induktoren an den Schienen bzw. Weichenbauteile vorzugsweise so angebracht, dass die erzeugten elektromagnetischen Felder und damit auch die induzierten Ströme auf den zu erwärmenden Bereich konzentriert sind. Diese Konzentration kann durch wechselnde Polarität und/oder beidseitige Anbringung verstärkt werden.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen
    • Fig.1
    eine schematische Draufsicht auf eine als induktive Weichen- und/oder Schienenheizvorrichtung ausgeführte induktive Heizvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
    Fig.2
    eine schematische Querschnittsansicht einer Schiene mit seitlich angebrachten Induktoren der erfindungsgemäßen induktiven Heizvorrichtung;
    Fig.3
    eine schematische Seitenansicht von Windungen eines Induktors der erfindungsgemäßen induktiven Heizvorrichtung;
    Fig.4
    eine schematische Querschnittsansicht eines an einer Seitenfläche einer Schiene mittels einer abgeschirmten Befestigungsvorrichtung angebrachten Induktors der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung;
    Fig.5.1
    ein Temperatur-Leistungs-Diagramm, welches sich anhand einer bevorzugten Ausführung einer Steuerung oder Regelung eines Generators der erfindungsgemäßen induktiven Heizvorrichtung ergibt;
    Fig.5.2
    ein Temperatur-Leistungs-Diagramm, welches sich anhand einer weiteren Ausführung einer Steuerung oder Regelung eines Generators der erfindungsgemäßen induktiven Heizvorrichtung ergibt;
    Fig.5.3
    ein Temperatur-Leistungs-Diagramm, welches sich anhand einer weiteren Ausführung einer Steuerung oder Regelung eines Generators der erfindungsgemäßen induktiven Heizvorrichtung ergibt;
    Fig.6
    eine graphische Veranschaulichung des magnetischen Flusses, welcher mittels eines Induktors der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung in einer Schiene erzeugt wird;
    Fig.7a bis d
    Beispiele von Impulsfunktionen für eine beliebige zeitabhängige physikalische Größe g, die überwiegend als Hüllkurve mehrerer Pulse entstehen, worin T die Periode der jeweiligen Impulsfunktion darstellt;
    Fig.8
    eine schematische Gesamtdarstellung einer bevorzugten Ausführungsform des Generators der induktiven Heizeinrichtung;
    Fig.9a bis c
    Beispiele periodischer Schwingfunktionen in Form von symmetrischen oder asymmetrischen Sägezähnen als Einzeiwelle mit einer Periode und einer Wiederholungsrate;
    Fig.10a
    rechteckförmige Spannungspulse mit einer Pulsweite von 100%;
    Fig. 10b
    rechteckförmige Spannungspulse mit einer Pulsweite von 50%;
    Fig.11a/b
    trapezförmige Funktionsverläufe ohne Pulsunterbrechung, die bei einer Begrenzung der maximal zulässigen Pulsweite in den Fig.10a und 10b nach oben bei sowohl den Größen Strom als auch magnetischem Fluss entstehen;
    Fig.12
    einen symmetrischen Spannungsverlauf, der ein periodisches bzw. aperiodisches Durchlaufen eines beliebigen Pulsweitenbereichs bei einer Pulsweitenmodulation mit gleichbleibender Frequenz in einer ersten Betriebsart des Generators darstellt;
    Fig.13
    ein Zeit-Leistungsdiagramm des Generators nach dem Einschalten;
    Fig.14
    eine schematische Ansicht von Induktoren, welche im elektrischen Kreis derart verschaltet sind, dass sie magnetische Felder gleicher Richtung erzeugen;
    Fig.15
    eine schematische Ansicht von Induktoren, welche Im elektrischen Kreis derart verschaltet sind, dass sie magnetische Felder von entgegen gesetzter Richtung erzeugen.
    Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Fig.1 stellt eine schematische Draufsicht auf eine induktive Weichen- und/oder Schienenheizvorrichtung 1 als bevorzugte Ausführungsform einer induktiven Heizeinrichtung gemäß der Erfindung dar. Diese Heizvorrichtung 1 beinhaltet einen elektrischen Generator 2, der beispielsweise von einem üblichen Wechselstromnetz (50 Hz) mit Wechselstrom versorgt wird. Alternativ kann es sich um ein Wechselstromnetz mit 60 oder 16 2/3 Hz oder sogar um ein Gleichstromnetz (DC-Netz) handeln. Der Generator 2 Ist Bestandteil mehrerer elektrischer Kreise 4, welche bevorzugt in Bezug zum Generator 2 parallel geschaltete Induktoren 6 beinhaltet. Dies bedeutet, dass ein jeder der elektrischen Kreise 4 jeweils einen Induktor 6 und den Generator 2 beinhaltet.
  • Die Induktoren 6 sind bevorzugt jeweils an einer äußeren Seitenfläche 12 von zwei parallel verlaufenden Schienen 8 im Bereich einer Weiche 10 angeordnet, wie insbesondere aus Fig.1 , Fig.2 und Fig.4 hervorgeht. Alternativ können die Induktoren 6 auch sowohl an der inneren Seitenfläche 14 der Schienen 8 als auch an den äußeren Seitenflächen 12 der Schienen 8 angeordnet sein, wie in Fig.2 angedeutet ist. Im vorliegenden Fall wird die Gängigkeit der Weiche 10 durch eine Beheizung von zwei parallelen Schienen 8 eines Schienenstrangs im Bereich der Weiche 10 durch die induktive Weichen- und/oder Schienenheizvorrichtung 1 auch bei niedrigen Temperaturen bzw. Vereisungsgefahr erhalten. Alternativ oder zusätzlich könnten aber auch Weichenbauteile der Weiche 10 beheizt werden.
  • Zur Beheizung der Schienen 8 sind bevorzugt an deren Seitenflächen 12 und/oder 14 Induktoren 6 angebracht. Die Seitenflächen 12, 14 sind bevorzugt Seitenflächen eines Schienen-Mittelteils 16, welches sich in Vertikalrichtung oder im Querschnitt gesehen zwischen einem unteren Schienenfuß 18, der meist auf einem Schweller aufliegt und einem oberen Schienenkopf 20 befindet, auf dem die Laufund Spurkränze der Laufräder von Schienenfahrzeugen abrollen und auch seitlich geführt werden.
    • Induktoren
  • Die Induktoren 6 können beliebig ausgebildet sein, sie können flache oder runde Formen annehmen. Aus konstruktiven Gründen können runde Formen bevorzugt werden. Die Schaltung kann je nach Bedarf bzw. nach notwendiger Leistung kann seriell oder parallel erfolgen. Bevorzugt sind die Induktoren plattenförmig ausgebildet, d.h., dass sie gemessen an der Dimension oder Ausdehnung ihrer Seitenflächen eine relativ geringe Dicke aufweisen. Die Induktoren 6 sind bezogen auf die Länge der Schiene oder der Schienen 8 beispielsweise äquidistant an deren Seitenflächen 12, 14 angeordnet. Untereinander sind die Induktoren 6 durch elektrische Verbindungsleitungen 22 des elektrischen Kreises 4 bevorzugt seriell miteinander verbunden.
  • Durch die plattenförmig flache Ausbildung der Induktoren 6 in Kombination mit ihrer Anbringung an den Seitenflächen 12, 14 der Schienen 8 ist gewährleistet, dass die Induktoren 6 nicht von den Spurkränzen der Räder der Schienenfahrzeuge erfasst werden können.
  • Wie aus Fig.3 hervorgeht, beinhaltet ein solcher Induktor 8 eine Induktionsspule 56 mit Windungen 24 eines Leiterdrahts, die innerhalb einer einzigen Ebene, insbesondere in der Plattenebene angeordnet sind. Die Anzahl der hier beispielsweise spiralförmig ausgeführten Windungen 24 kann der Fachmann bei Bedarf anpassen. Die Windungen 24 sind bevorzugt in einen beispielsweise plattenförmigen Trägerkörper 26 beispielsweise eingegossen, wobei jeweils ein Ende des Leiterdrahts der Windungen 24 aus dem Formkörper 26 herausragt, um an den elektrischen Kreis 4 angeschlossen werden zu können und um den elektrischen Kreis 4 zu schließen.
  • Die Ebene der Windungen 24 des Leiterdrahts der Induktionsspule 56 ist dabei im Wesentlichen parallel zu der zugeordneten Seitenfläche 12 oder 14 der Schiene 8 angeordnet. Wie durch Fig.6 veranschaulicht, bildet sich bei Wechselbestromung des Leiterdrahts der Windungen 24 eines Induktors 6 in einer bestimmten Richtung (Punkte im Kreis symbolisieren einen aus der Zeichenebene heraus fließenden Strom und ein Kreuz im Kreis einen in die Zeichenebene hinein fließenden Strom) ein Magnetfeld 28 aus, welches auch die betreffende, elektrisch leitende Schiene 8 erfasst und in diese bevorzugt im Wesentlichen senkrecht zur Seitenfläche 12 und/oder 14 eindringt, um dort durch Induktion einen Strom zu induzieren.
  • Der Induktor 6 ist bevorzugt derart angeordnet, dass der durch seine Induktionsspule 24 erzeugte magnetische Fluss bzw. die Magnetfeldlinien 28 vorzugsweise senkrecht zu einer Oberfläche 12 bzw. 14 einer Schiene 8 bzw. eines Weichenbauteils einer Weiche 10 verlaufen (Fig.6).
  • Der in der Schiene 8 induzierte Strom verursacht eine Erwärmung der Schiene 8 im Bereich der Weiche 10. Die Erwärmung der Schiene oder der Schienen 8 im Bereich der Weiche 10 bewirkt, dass sich zwischen den Schienen und den Führungen der Weiche für die Schienen keine Eis- oder Schneeschicht ausbilden kann, welche eine Bewegung der durch die Weiche 10 bewegten Schienen 8 blockieren könnte.
  • Alternativ oder zusätzlich zu den Schienen 8 könnten auch Weichenbauteile der Weiche 10 durch Induktoren 6 induktiv beheizt werden, welche hierzu entsprechend angeordnet werden, so dass die Magnetfeldlinien annährend senkrecht in Flächen der Weichenbauteile eindringen können, an denen die Induktoren 6 angeordnet sind.
  • Der Magnetfelderzeuger setzt sich daher bevorzugt aus mehreren, in Bezug zum Generator 2 bevorzugt parallel geschalteten einzelnen Induktoren 6 zusammen, die eine jeweils identische oder unterschiedliche Länge ihres Leiterdrahts bzw. identische oder unterschiedliche physikalische Eigenschaften hinsichtlich ihres Leiterdrahts (Induktivität, Material, Durchmesser, Anzahl der Windungen 24 etc.) besitzen.
  • Da die physikalischen Eigenschaften der einzelnen Induktoren 6 bevorzugt teilweise oder insgesamt übereinstimmen können diese in mehreren elektrischen Kreisen 4 parallel (je nach Ausführung auch seriell oder kombiniert) in Bezug zum Generator 2 geschaltet werden. Die einzelnen Induktoren 6 können auch abwechselnd linksseitig und rechtsseitig an der betreffenden Schiene 8, dann insbesondere auch in Längsrichtung der Schiene 8 gesehen überlappend angebracht werden.
  • Die Induktoren 6 können so in die elektrischen Kreise 4 verschaltet werden, dass sie das magnetische Feld nicht nur in gleicher Richtung bevorzugt senkrecht zur Seltenfläche 12, 14 der Schiene 8 erzeugen, sondern beispielsweise auch in entgegen gesetzter Richtung, jedoch wiederum bevorzugt senkrecht zur Seitenfläche 12, 14 der Schiene 8.
  • In Fig.14 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem an einer Schiene 8 angeordnete Induktoren 6 bevorzugt derart in die parallelen elektrischen Kreise 4 geschaltet sind, dass ihre magnetischen Felder in gleicher Richtung verlaufen, dort symbolisiert jeweils durch das "+" im Kreis.
  • Fig.15 zeigt indes eine Ausführung, bei welcher zwei benachbart angeordnete Induktoren 6 magnetische Felder in entgegen gesetzter Richtungen erzeugen, was dort durch das "+" im Kreis bzw. das "-" im Kreis symbolisiert wird. Insbesondere sind nach der Ausführungsform von Fig.15 die Induktoren 6 derart in den elektrischen Kreisen 4 verschaltet, dass entlang einer Schiene 8 ihre magnetische Polarität abwechselt. Durch die gegenläufige Polarität der Induktoren 6 entstehen höhere Temperaturen in den Schienen 8, so dass diese Maßnahme eine weitere Energieersparnis mit sich bringt.
  • Die Induktoren 6 werden mit einer Außenfläche ihres Trägerkörpers 26 bevorzugt direkt oder mit einem minimalen Abstand bevorzugt seitlich an den Schienen 8 befestigt. Hierzu kann der die Windungen 24 des Leiterdrahts tragende Trägerkörper 26 so ausgeformt sein, dass sich seine zur Seitenfläche 12, bzw. 14 der betreffenden Schiene gewandte Seitenfläche an die Seitenfläche 12 bzw. 14 der Schiene 8 lückenlos anschmiegt.
  • Die Eigenwärme der Induktoren 6 wird auf diese Weise direkt auf die Schienen 8 durch kontaktierenden Wärmeübergang übertragen, wobei die Induktoren 6 auch durch Schienen 8 gekühlt werden. Die Befestigung der Induktoren 6 an den Schienen 8 erfolgt durch beliebige Befestigungsvorrichtungen, vorzugsweise durch Schrauben, Kleben, Permanentmagnete oder durch mechanische Klemmsysteme. Die Befestigung der Induktoren 6 an den Schienen 8 muss so ausgelegt sein, dass sie gegen den Witterung und mechanische Belastung wie Vibrationen ausreichend widerstandsfähig ist.
  • Eine bevorzugte Befestigungsvorrichtung zur Befestigung eines plattenförmigen Induktors an einer Seitenfläche einer Schiene besteht beispielsweise in einer L-förmigen elastischen Klammer 30, mit einem den Schienenfuß wenigstens teilweise umgreifenden ersten Schenkel 32 und einen den Induktor 6 an der Seitenfläche 12 bzw. 14 der Schiene 8 haltenden zweiten Schenkel 34, wie in Fig.4 gezeigt ist.
  • Der erste Schenkel 32 umgreift dabei den Schienenfuß 18 von unten. Der zweite Schenkel 34 übt dann eine seitliche Vorspannung auf den Induktor 6 aus, so dass dieser gegen die Seitenfläche 12 bzw. 14 der Schiene 8 gedrängt wird. Mithin basiert die Befestigung der Induktoren 6 an den Seitenflächen 12 bzw. 14 der Schienen 8 auf Reibschluss, der von der Vorspannung der Schenkel 32, 34 der Klammer 30 ausgeübt wird. Der zweite Schenkel 34 einer solchen Klammer 30 kann dabei derart ausgebildet sein, dass die Enden des zweiten Schenkels 34 jeweils abgebogen an den Stirnflächen der plattenförmigen Induktoren 6 angreifen und diese dadurch in vertikaler Richtung fixieren.
  • In einem Mittelteil kann der zweite Schenkel 34 zudem eine vom Induktor 6 aus gesehen konvexe Ausbauchung 36 aufweisen, um den Induktor 6 bzw. einen Abschirmkörper 38 zu kontaktieren, damit eine seitliche Anpresskraft auf den Induktor 6 bzw. den Abschirmkörper 38 ausgeübt wird, die vom ersten Schenkel 32 dann am Schienenfuß 18 abgestützt wird. Die Klammer 30 wird dann im Querschnitt von Fig.4 gesehen auf Biegung belastet. Die Klammer 30 ist bevorzugt aus einem elektrisch leitfähigen Metall gefertigt.
  • Wie aus Fig.4 auch hervorgeht, ist dem zweiten Schenkel 34 der Klammer 30 und dem Induktor 6 wenigstens ein bevorzugt plattenförmiger Abschirmkörper 38 aus elektrisch nicht leitendem, aber magnetisch leitendem Material wie Ferrit zwischengeordnet. Dieser Abschirmkörper 38 sorgt dafür, dass sich die Klammer 30 nicht erwärmt, wenn die Windungen 24 des Induktors 6 von Wechselstrom durchflossen werden. Um eine Erwärmung der Klammer 30 zu verhindern oder mindestens zu begrenzen, wird diese daher bevorzugt durch einen ferromagnetisch und nicht leitenden Abschirmkörper 38 von den elektromagnetischen Primärfeldern abgeschirmt.
    • Aufbau des Generators
  • Eine bevorzugte Ausführungsform des Generators 2 ist in Fig.8 dargestellt. Der Generator 2 weist ein Generatorgehäuse 58 auf, an dessen Wandung Versorgungsanschlüsse 60 zum Anschluss einer Wechselspannungsquelle oder einer Gleichspannungsquelle DC, z.B. von einer Oberleitung eines Schienennetzes abgegriffen angeordnet sind. Bevorzugt liegt hier eine Wechselspannungsquelle vor.
  • Über diese Versorgungsanschlüsse 60 wird ein Netzgleichrichter 62 spannungsversorgt. Die Netzspannung wird über den Netzgleichrichter 62 in einem Gleichstromzwischenkreis in eine Kondensatorbatterie 64 als Ladeeinrichtung gespeist. Durch in Bezug zur Kondensatorbatterie 64 parallel geschaltete Wechselrichter 66a, 66b, hier beispielsweise Transistor-Wechselrichter wird eine Rechteckspannung generiert, welche dann in den Induktor 6a, 6b des betreffenden elektrischen Kreises 4a, 4b eingesteuert wird, welche an Induktor-Anschlüssen des Generatorgehäuses 58 angeschlossen sind. Jeder Wechselrichter 66a, 66b steuert daher bevorzugt einen Induktor 6a, 6b innerhalb eines elektrischen Kreises 4a, 4b. Beispielhaft sind aus Übersichtlichkeitsgründen lediglich zwei elektrische Kreise 4a, 4b mit jeweils einem Induktor 6a, 6b gezeigt. Es versteht sich jedoch, dass mehr als nur zwei elektrische Kreise bzw. Induktoren vorhanden sein können.
  • Die Wechselrichter 66a. 66b werden von einem Mikroprozessor 44 gesteuert, welcher in einem Speicher gespeicherte Algorithmen umfasst, auf welche später noch eingegangen wird. Der Mikroprozessor 44 ist von einer Bedieneinrichtung 40 gesteuert, welche Einstellmittel 42 zum manuellen und separaten Einstellen der Frequenz und/oder der Pulsbreite PW des in die elektrischen Kreise 4a, 4b und damit in die Induktoren 6a, 6b eingespeisten Wechselstroms. Diese Einstellmittel 42 weisen bevorzugt ein Display 46 auf, auf welchem die eingestellten Werte für Frequenz f und/oder der Pulsbreite PW dargestellt werden. Die Einstellmittel 42 wie auch das Display 46 sind bevorzugt an dem Generatorgehäuse 58 angeordnet und daher von außen bedien- bzw. sichtbar.
  • An dem Generatorgehäuse 58 ist weiterhin ein Sensoranschluss 70 vorhanden, der mit dem Mikroprozessor über eine interne Signalleitung signalleitend verbunden ist. An den Sensoranschluss 70 ist hier ein Temperatursensor 72 angeschlossen, der beispielsweise an einer Außenfläche des Generatorgehäuses 58 so angeordnet ist, dass er die Umgebungstemperatur T_ext unbeeinflusst von der Wärmeentwicklung des in Betrieb befindlichen Generators 2 messen und ein entsprechendes Signal in den Mikroprozessor 44 einsteuern kann.
  • Weiterhin sind an hier nicht explizit dargestellten Kühlkörpern der Wechselrichter 66a, 66b Temperatursensoren 74a, 74b angeordnet, welche die Temperatur der Wechselrichter 66a, 66b messen und entsprechende Temperatursignale über interne Signalleitungen in den Mikroprozessor 44 einsteuern.
  • In oder an dem Generatorgehäuse 59 sind daher bevorzugt die folgenden Baugruppen oder Bauteile angeordnet: Die Versorgungsanschlüsse 60, der Netzgleichrichter 62, die Kondensatorbatterie 64, die Wechselrichter 66a, 66b, die Induktoranschlüsse 68a, 68b, der Mikroprozessor 44, die Bedieneinrichtung 40 mit den Einstellmitteln 42 und dem Display 46, die induktoranschlüsse 68a, 68b, der Sensoranschluss 70 sowie selbstverständlich alle internen Verkabelungen und Leitungen.
  • Die von den in Bezug auf das Generatorgehäuse 58 inneren Temperatursensoren 74a, 74b gemessenen Temperaturen T_int1 und T_int2 repräsentieren hier bevorzugt die Ist-Temperaturen der Wechselrichter 66a, 66b während deren Betriebs und daher Innentemperaturen in Bezug auf das Innere des Generatorgehäuses 58. Dabei soll im Folgenden die Temperatur T_int1 der Temperatur des Wechselrichters 66a und die Temperatur T_int2 der Temperatur des Wechselrichter 66b entsprechen. Alternativ könnte aber auch eine Temperatur von einem anderen Bauteil oder einer anderen Baugruppe des Generators 2 als Innentemperatur des Generatorgehäuses 58 gemessen werden.
  • Für eine optionale Messung der Luftfeuchtigkeit kann ein eigener Luftfeuchtigkeitssensor 48 vorgesehen sein, welcher ein der momentanen Luftfeuchtigkeit entsprechendes Signal in den Mikroprozessor 44 einsteuert. Daten über die Umgebungstemperatur Text und/oder über die Luftfeuchtigkeit können aber auch von externen Quellen stammen und in den Mikroprozessor 44 über eine in Bezug auf den Generator 2 integrale Empfangseinrichtung drahtlos eingesteuert werden.
  • Weiterhin ist an wenigstens einer Schiene 8 und/oder Weiche 10 ein Temperatursensor 76 verbaut, welcher die Temperatur der Schiene 8 und/oder von Weichenbauteilen im Bereich einer Weiche 10 misst, wobei Temperatursignale für die Ist-Schienen-/Weichentemperatur in den Mikroprozessor 44 eingesteuert werden.
    • Manuelle Leistungssteuerung
  • Gemäß einer Ausführungsform sind die Betriebsparameter Frequenz und/oder Pulsweite des Generators 2 über die Einstellmittel 42 bevorzugt manuell einstellbar. Bevorzugt können daher hier sowohl die Frequenz f als auch die Pulsweite PW des Erreger-Wechselstroms durch die Einstellmittel 42 variiert werden. Alternativ könnte auch lediglich einer dieser Betriebsgrößen oder Parameter variiert werden. Da die Leistung des Generators 2 sowohl von der Frequenz f als auch von der Pulsweite PW abhängt, kann daher die Leistung des Generators 2 über eine Einstellung der Werte für die Frequenz f und/oder die Pulsweite PW eingestellt bzw. gesteuert werden. Eine höhere Frequenz führt dabei zu einer höheren Leistung und eine niedrigere Frequenz f zu einer niedrigeren Leistung des Generators 2. Weiterhin sorgt im Rahmen einer Pulsweitenmodulation erfolgte Einstellung einer größeren Pulsweite PW (breiterer Puls) für eine größere Leistung und eine kleinere Pulsweite PW (schmälerer Puls) für eine demgegenüber kleinere Leistung des Generators 2.
  • Wie in Fig.8 schematisch darstellt, steuert die Bedieneinrichtung 40 mit den Einstellmitteln 42 daher die eingestellten Werte für die Frequenz f und/oder die Pulsweite PW in einen Mikroprozessor 44 ein, der wiederum den Generator 2 bzw. dessen die Wechselrichter 66a, 66b steuert, welche dann die genannten Größen in die elektrischen Kreise 4a, 4b einstellen. Dabei werden die eingestellten Werte für Frequenz f und/oder Pulsweite PW auf dem Display 46 dargestellt.
  • Die manuelle Einstellung der Frequenz f und/oder der Pulsweite PW kann dann selbstverständlich vor dem Betrieb der Heizvorrichtung 1 erfolgen oder auch während des laufenden Betriebs.
    • Leitungssteuerung durch Kennfeld
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Leistung P des Generators 2 mittels des Mikroprozessors 44 durch Änderung der Pulsweite PW und/oder der Frequenz f des vom Generator 2 ausgesteuerten Erreger-Wechselstroms abhängig von der Umgebungstemperatur T_ext und/oder von der Schienen-/Weichentemperatur nach wenigstens einem vorgegebenen Kennfeld gesteuert. Dabei ist das Kennfeld in dem Mikroprozessor 44 gespeichert.
  • In einem frei bestimmbaren Umgebungstemperaturbereich, insbesondere in einem Temperaturbereich von +5 °C bis - 15 °C wird die Abgabe von elektrischer Energie beispielsweise über die Pulsweite des Erreger-Wechselstroms nach einem bestimmten Algorithmus, beispielsweise linear wie in Fig.5 . 1 gesteuert. Beispielsweise wird bei einer Umgebungstemperatur von + 5 °C und darüber die durch den Generator 2 abgegebene elektrische Leistung P durch Steuerung der Pulsweite PW gegen Null gefahren, bei -15 °C und weniger wird hingegen die maximale elektrische Leistung am Generator 2 eingestellt, wie auch in Fig.5.1 dargestellt.
  • Da der Generator 2 bevorzugt keinen Resonanz- oder Schwingkreis aufweist, ist weiterhin die Frequenz f des Erreger-Wechselstroms im Hinblick auf die physikalischen Eigenschaften der Induktoren 6 frei einstellbar. Die Höhe der induzierten Ströme ist frequenz- (linear) und feldstärkeabhängig (je nach Kopplungsgrad bis zu quadratisch). Die Feldstärke ist bei gegebenen Verhältnissen direkt proportional zu dem Erreger-Wechselstrom, der den Induktor 6 oder die Induktoren 6 durchfließt.
  • Das Optimum für die Energieübertragung, insbesondere für den Wert der Frequenz des Erreger-Wechselstroms wird deshalb durch die physikalischen Eigenschaften des Induktors 6 oder der Induktoren 6 bestimmt. Es wurde festgestellt, dass ein besonders hoher Wirkungsgrad in einem mittelfrequenten Bereich von 5 kHz bis 15 kHz erzielt wird. Der elektrische Energiebedarf der Heizvorrichtung 1 liegt dann durchschnittlich unter 250 W/m kann aber bis auf > 600 W/m gesteigert werden. Dies entspricht ungefähr einer magnetischen Feldstärke H von 200 A/m, wobei dieser Wert induktorabhängig ist, er kann auch unter 100 A/m liegen. Die Temperaturerhöhung dT in der Schiene 8/Weiche 10 bei einer konstanten Zufuhr elektrischer Energie liegt z.B. bei 20 K, insbesondere zwischen 5 K und 50 K.
    • Leistungsregelung
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform könnte der Mikroprozessor 44 die Pulsweite PW und/oder die Frequenz f des vom Generator 2 ausgesteuerten Erreger-Wechselstroms auch abhängig von wenigstens einer Führungsgröße wie der Umgebungstemperatur T_ext und/oder der Schienen-/Weichentemperatur und/oder auch abhängig von einer dieser Temperaturen in Kombination mit der Luftfeuchtigkeit regeln.
  • Denkbar ist als zusätzliche Führungsgröße auch eine Detektion weiterer Umweltparameter wie Schneefall. Die Luftfeuchtigkeit oder Schneefall sind deshalb von Bedeutung, weil sie einen Einfluss auf die Ausbildung von Eis im Bereich von Weichen haben.
  • Geregelt wird die Ausgangsleistung des Generators 2, welche dem oder den Induktoren 6 zugeführt wird, daher abhängig von der Führungsgröße oder von den Führungsgrößen wiederum durch Änderung der Pulsweite PW und/oder der Frequenz f des Erreger-Wechselstroms, welcher den oder die Induktoren 6 durchfließt. In dem Mikroprozessor 44 sind entsprechende Regelalgorithmen implementiert.
  • Die Leistungsregelung des Generators 2 wird bevorzugt durch eine kontinuierliche Veränderung der Pulsweite PW bewerkstelligt. Es ist auch möglich, die Leistungsregelung durch Frequenzmodulation vorzunehmen. Allerdings fällt dann der Wirkungsgrad etwas schlechter aus.
  • Ein Beispiel für einen Leistungsregelvorgang kann ebenfalls durch Fig.5 . 1 dargestellt werden, wo die elektrische Leistung des Generators 2 (in kW), welche proportional der Pulsweite PW ist, abhängig von der Umgebungstemperatur T_ext (in °C) dargestellt ist. Wie zu sehen ist, wird hier die Leistungsabgabe des Generators 2 in Abhängigkeit von einer Führungsgröße, hier beispielsweise der Umgebungstemperatur T_ext linear zwischen zwei frei einstellbaren Umgebungstemperaturgrenzwerten geregelt, nämlich zwischen einem unteren Temperaturgrenzwert (hier z.B. -15°C) und einem oberen Temperaturgrenzwert (hier z.B. +5°C) für die Umgebungstemperatur T_ext.
  • Ist daher bei dem Beispiel von Fig.5.1 die Umgebungstemperatur T_ext kleiner gleich dem unteren Temperaturgrenzwert T_u (hier z.B. -15°C) oder größer gleich dem oberen Temperaturgrenzwert T_o (hier z.B. +5°C), so wird jeweils eine konstante, aber unterschiedliche elektrische Leistung P bzw. Pulsweite PW eingestellt. Zwischen den beiden Temperaturgrenzwerten T_o und T_u verläuft die Leistungsabgabe bzw. die Änderung der Pulsweite PW beispielsweise linear abhängig von der Führungsgröße (P-Regler).
  • Gemäß eines weiteren, in Fig.5 . 2 und Fig.5 . 3 veranschaulichten Modus kann eine mittlere Temperatur T_av (hier (hier z.B. -5°C), herangezogen werden, welche genau in der Mitte des Bereichs zwischen dem oberen Temperaturgrenzwert T_o (hier z.B. +5°C) und dem unteren Temperaturgrenzwert T_u (hier z.B. -15°C) liegt. Auf der Abszisse ist wiederum die Umgebungstemperatur T_ext und auf der Ordinate die elektrische Leistung P des Generators 2 (in kW) aufgetragen. Bei diesem Modus werden abhängig von der Änderung der Umgebungstemperatur T_ext ausgehend von der mittleren Temperatur T_av entweder in Richtung des oberen Temperaturgrenzwerts T_o oder des unteren Temperaturgrenzwerts T_u unterschiedliche Steuer- oder Regelalgorithmen für die Leistungsabgabe des Generators 2 festgelegt.
  • Über die Einstellmittel 42 der Bedieneinrichtung 40 können die unteren und oberen Temperaturgrenzwerte T_o, T_u wie auch die mittlere Temperatur T_av eingegeben werden. Es handelt sich dabei um Erfahrungswerte, diese können aber bei Bedarf den Verhältnissen vor Ort angepasst werden.
  • Alle Regelvorgänge können linear verlaufen (P-Regelung). Es ist aber auch möglich die Regelvorgänge als PI- oder als PID-Regelung auszuführen oder untereinander zu kombinieren. Mithin sind beliebige Regelalgorithmen möglich.
  • Im Beispiel von Fig.5 . 1 ist eine P-Regelung realisiert, bei der ein linearer Bereich zwischen dem oberen Temperaturgrenzwert T_o (hier: +5°C) und dem unteren Temperaturgrenzwert T_u (hier: -15°C) vorliegt. Bei Umgebungstemperaturen Text größer gleich dem oberen Temperaturgrenzwert (hier+5°C) arbeitet der Generator 2 hingegen mit konstanter minimaler Leistungsabgabe, die Pulsweite PW kann bis auf Null abgesenkt werden. Bei einer Umgebungstemperatur T_ext kleiner gleich dem unteren Temperaturgrenzwert (hier-15 °C) arbeitet der Generator 2 dagegen mit maximaler Leistung.
  • Es ist aber auch möglich, über die Einstellmittel 42 der Bedieneinrichtung 40 einen frei wählbaren temperaturabhängigen Korrekturfaktor festzulegen. Beispielsweise gibt der Korrekturfaktor einen Prozentsatz der für die mittlere Temperatur T_av festgelegten Leistungsabgabe je °C an. Die Regelung bezieht sich dann auf die mittlere Temperatur T_av und verändert die Leistungsabgabe z.B. zwischen Null und zulässiger maximaler Leistungsabgabe. Auch hier können vorteilhaft zwei unterschiedliche Korrekturfaktoren für beide Richtungen, ausgehend von der mittleren Temperatur T_av nach oben bis zum oberen Temperaturgrenzwert und nach unten bis zum unteren Temperaturgrenzwert festgelegt werden.
    • Betriebsarten der Heizvorrichtung
  • Gemäß einer Betriebsart wird die induktive Heizvorrichtung 1 beispielsweise von einer Bahnzentrale aus bei Bedarf aus der Ferne ein- oder ausgeschaltet (Bestromen, Entstromen des Generators), wobei dann ein Betrieb beispielsweise mit zuvor eingestellten konstanten Betriebsparametern (Frequenz f, Pulsweite PW), mit während des Betriebs kennfeldgesteuert oder manuell variierten Betriebsparametern (Frequenz f, Pulsweite PW) wie auch geregelt möglich ist.
  • Gemäß einer weiteren Betriebsart wird die induktive Weichen- und/oder Schienenheizvorrichtung 1 kontinuierlich über eine vorgegebene Heizperiode (z.B. von Oktober bis März eines jeden Jahres auf der nördlichen Halbkugel) mit konstant eingestellter (elektrischer) Leistung P, mit variabel manuell oder kennfeldgesteuerter Leistung PW oder mit geregelter Leistung PW betrieben.
  • Da die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit in der Schiene 8/Weiche 10 direkt von der abgegebenen (elektrischen) Leistung PW des Generators 2 abhängt, kann die Leistung des Generators 2 gemäß einer weiteren Betriebsart unmittelbar nach dem Einschalten des Generators 2 bzw. einer Aktivierung der Heizvorrichtung 1 für eine bestimmte Zeitspanne erhöht und danach auf einen Betriebswert zurück gefahren werden, wie später im Rahmen der Betriebsarten des Generators noch erläutert wird.
    • Betriebsarten des Generators
  • Für die Erzeugung des elektromagnetischen Felds durch die Induktoren 6 werden diese vorzugsweise ausschließlich durch periodische Schwingfunktionen des Erreger-Wechselstroms erregt. Mittels viereckigen Spannungspulsen werden automatisch symmetrische trapezformähnliche Strompulse mit frei einstellbarem Verhältnis zwischen einem dynamischen und einem statischen Anteil erzeugt. Für einen Prozessablauf kann mittels der Bedieneinrichtung 40, welche den Mikroprozessor 44 steuert, zwischen Betriebsarten eines Konstantmodus, eines Frequenzmodus und eines Pulsweitenmodus gewählt werden. Weiterhin existiert auch ein Basismodus, gemäß welchem die Eigenschaften des Erreger-Wechselstroms nicht verändert werden. Diese Betriebsarten bzw. Modi des Generators 2 sind als Steuerungssoftware im Mikroprozessor 44 gespeichert und können über die Bedieneinrichtung 40 eingestellt werden.
  • Die im Mikroprozessor 44 implementierte Steuerungssoftware für den Generator 2 zur Erzeugung von Magnet-Wechselfeldern beinhaltet bevorzugt eine Kombination höherer Frequenzen, bevorzugt Frequenzen im kHz-Bereich, mit einer überlagerten. Modulation im niederfrequenten Bereich derart, dass bevorzugt ausschließlich Schwing- oder Wechselfunktionen (und damit keine Impuls- bzw. Pulsfunktionen) mit einem rechteckförmigen Spannungsverlauf und trapezförmigen Stromverlauf entstehen.
  • Damit lassen sich diese Verläufe aus einem Frequenzbereich von beispielsweise 5 kHz bis 60 kHz, bevorzugt 5 kHz bis 15 kHz durch frei wählbare Zeitabschnitte kontinuierlich übergeordnet modulieren, wobei die übergeordnete Modulation vorzugsweise in einem Bereich zwischen 0,1 bis 10 Hz liegt. Praktisch betrachtet ergibt sich dadurch bei einer Abschnittszeit von einer Sekunde eine übergeordnete Modulation von 0,5 Hz, bei einer Abschnittszeit von 100 ms eine übergeordnete Modulation von 5 Hz, und so weiter. Die Frequenzwerte werden entsprechend dem Takt des Mikroprozessors 44 geändert, beispielsweise tausendmal pro Sekunde. Diese Vorgehensweise ist auf alle oben genannten Betriebsarten anwendbar. Der niederfrequente Bereich von vorzugsweise 0,1 Hz bis 10 Hz, indem die übergeordnete Modulation liegt, kann vorteilhaft die Wirkungen der resultierenden Änderungen des elektromagnetischen Felds auf die Schiene/Weiche verstärken.
  • Gemäß einer Basisbetriebsart des Generators 2 werden die Frequenz f wie auch die Pulsweite PW des Erreger-Wechselstroms konstant gehalten.
  • Gemäß einer ersten Betriebsart des Generators 2 wird die Pulsweite PW des Erreger-Wechselstroms kontinuierlich verändert, während die Frequenz f des Erreger-Wechselstroms konstant bleibt. Bei der Realisierung der kontinuierlichen Pulsweitenänderung beispielsweise mittels MOSFETs oder IGBTs können diese vorteilhaft im verlustarmen Schaltbetrieb arbeiten. Weiterhin vorteilhaft ist die darzustellende Information anstatt in binären Weise in einem kontinuierlichen Pulsbreitenverhältnis enthalten.
  • Gemäß einer zweiten Betriebsart des Generators 2 wird die Frequenz f des Erreger-Wechselstroms kontinuierlich verändert, während die Pulsweite konstant bleibt. Diese zweite Betriebsart ist zwar grundsätzlich möglich, kommt aber bevorzugt aber nicht zum Einsatz. Die Generatorsteuerung im Mikroprozessor 44 ist so aufgebaut, dass die genannten Betriebsarten frei programmier- und speicherbar sind. Auch vorteilhaft ist es, wenn Grenzwerte für alle Betriebsarten frei einstellbar sind. Dies stellt sicher, dass anwendungsbezogene gegebenenfalls vorhandene Grenzwerte sicher eingehalten werden können. Ferner vorteilhaft ist es, wenn für die einzelnen Betriebsarten benötigte Zeitkonstanten sämtlich frei einstellbar sind. Dies verbessert die Steuerbarkeit des Generators 2 und damit des zu erzeugenden elektromagnetischen Felds.
  • Wie oben ausführlich dargestellt, wird für die Leistungssteuerung oder Leistungsregelung des Generators 2 eine Frequenz- und/oder Pulsweitenmodulation durchgeführt.
  • Bei im Freien angeordneten Generatoren 2 kann es aus thermischen Gründen nicht ratsam sein, während einer sehr kalten Periode beispielsweise bei Umgebungstemperaturen T_ext von -20 °C und weniger die volle Generatorleistung schlagartig einzuschalten. Vorteilhafter ist es dann, die Leistung des Generators 2 rampenartig hochzufahren. Im Rahmen eines Startmodus des Generators 2 wird bevorzugt bei konstanter Frequenz f die Generatorleistung P durch Variieren der Pulsweite PW eingestellt, bzw. gesteuert oder geregelt. Dies trifft zu, wenn wenn von einer übergeordneten Steuerung z.B. in einer Zentrale ein Einschaltsignal kommt.
  • Das Diagramm von Fig.13 zeigt einen bevorzugten Verlauf der Leistung PW des Generators 2 in einem Startmodus und in einem diesem nachfolgenden Betriebsmodus nach dem Einschalten des Generators 2 bei konstanter Frequenz f und variabler Pulsbreite PW. Da die Leistung P des Generators dann direkt von der Pulsweite PW abhängt, ist an der Ordinate die Pulsweite PW stellvertretend für die Leistung P angegeben.
  • In den im Mikroprozessor 44 implementierten Algorithmen ist ein Temperaturbereich zwischen einem unteren Temperaturgrenzwert T_low und einem oberen Temperaturgrenzwert T_high hier beispielsweise jeweils für die von den Temperatursensoren 74a, 74b gemessen und im Folgenden als Messtemperaturen bezeichneten Temperaturen der Wechselrichter 66a, 66b als Innentemperaturen vorgegeben, siehe hierzu Fig.8 . Die Werte für den unteren Temperaturgrenzwert T_low und den oberen Temperaturgrenzwert T_high werden beispielsweise über die Einstellmittel 42 der Bedieneinrichtung 40 in den Generator 2 eingegeben.
  • Der elektrische Generator 2 bzw. insbesondere dessen Wechselrichter 66a, 66b werden dann von dem Mikroprozessor 44 anhand implementierter Algorithmen bevorzugt wie folgt gesteuert:
    • Im Rahmen des Startmodus nach einem Einschalten des Generators 2 (Bestromen) wird die Leistung PW des Generators 2 ausgehend von einer vorgegebenen Startleistung PW Start am Punkt P1 über eine vorgegebene erste Zeitspanne t1 rampenartig auf eine demgegenüber höhere erste Leistung PW1 erhöht, welche kleiner oder gleich in Bezug auf eine maximale Leistung PW_max des Generators 2 ist. Unter der maximalen Leistung PW_max des Generators 2 wird die maximale Leistung PW des Generators 2 verstanden, die dieser aufbringen kann. Die vorgegebene erste Zeitspanne t1 wird ebenfalls zuvor über die Einstellmittel 42 der Bedieneinrichtung 40 in den Generator 2 eingegeben.
  • Diese erste Leistung PW1 wird dann über eine vorgegebene zweite Zeitspanne t2 konstant gehalten. Die vorgegebene zweite Zeitspanne t2 wird zuvor ebenfalls über die Einstellmittel 42 der Bedieneinrichtung 40 in den Generator 2 eingegeben.
  • Wenn dann nach Ablauf der zweiten Zeitspanne t2 der Punkt P2 erreicht ist, dann wird die Leistung PW des Generators 2 sprunghaft auf eine demgegenüber niedrigere zweite Leistung PW2 abgesenkt, die in einem Bereich zwischen der Startleistung PW Start und beispielsweise dem halben Wert der ersten Leistung PW1 liegt.
  • Sodann wird der Generator 2 solange unter der zweiten Leistung PW2 betrieben (bis zum Punkt P4), bis die Messtemperaturen den unteren Temperaturgrenzwert T_low erreicht haben. Damit ist der Startmodus beendet und es schließt sich am Punkt P4 automatisch der (Dauer-)Betriebsmodus an.
  • Im Rahmen des Betriebsmodus wird dann die Leistung PW des Generators 2 rampenartig erhöht bis im Punkt P5 eine vorgegebene, gegenüber der zweiten Leistung PW2 größere oder höhere dritte Leistung PW3 erreicht wird, welche kleiner oder gleich in Bezug zur ersten Leistung PW1 ist.
  • Sodann wird der Generator 2 solange unter der dritten Leistung PW3 betrieben bis die Messtemperaturen den oberen Temperaturgrenzwert T_high erreicht haben. Dieser Punkt ist in Fig.13 mit P6 bezeichnet.
  • Sodann wird die Leistung PW des Generators 2 sprunghaft auf die zweite Leistung PW2 abgesenkt (Punkt P7) und dann der Generator 2 solange unter der niedrigeren zweiten Leistung PW2 betrieben bis die Messtemperaturen den unteren Temperaturgrenzwert T_low erreicht haben, was in Fig.13 durch den Punkt P8 symbolisiert wird.
  • Nachfolgend wird dann werden im Rahmen des Betriebsmodus das rampenartige Erhöhen der Leistung von der zweiten Leistung PW2 auf die dritte Leistung PW3, das Halten der dritten Leistung PW3 bis T_high erreicht ist sowie das sprunghafte Absenken von der dritten Leistung PW3 auf die zweite Leistung PW2 zyklisch wiederholt, solange der Generator in Betrieb ist bzw. bestromt wird.
  • Infolgedessen wird im Betriebsmodus des Generators 2 wiederholt ein Zyklus durchlaufen, der einen Betrieb des Generators 2 in einem Temperaturbereich zwischen dem unteren Temperaturgrenzwert T_low und dem oberen Temperaturgrenzwert T_high gewährleistet, in welchem keine Temperaturschädigungen des Generators 2 und/oder der Induktoren 6 zu befürchten sind. Dieser Zyklus bzw. der Betriebsmoduls wird erst nach Abschalten des Generators 2 beendet.
  • Mithin wird eine adaptive Mehr-Punkt-Temperaturregelung verwirklicht, wobei die Regelpunkte durch den unteren Temperaturgrenzwert T_low und den oberen Temperaturgrenzwert T_high gebildet werden.
  • Die an die Schiene abgegebene mittlere Leistung Pav ist davon abhängig, wie schnell nach dem Sprung von PW1 (bzw. PW3) die untere Grenztemperatur T_low erreicht werden kann. Durch zusätzliche Kühlmaßnahmen (wie z.B. "aktive Kühlung" durch den Einsatz von Ventilatoren) kann die mittlere Leistung Pav erheblich gesteigert werden, so dass der Einsatz im Hochgebirge ohne weiteres möglich wäre, sog. "supper boost".
  • Während des Startmodus werden daher die Temperaturen an den Induktoren 6 stark erhöht, so dass es zu einem Effekt ähnlich wie bei Widerstandsstäben kommt, dem sogenannten "super boost". Danach geht die Steuerung bzw. Regelung der Heizeinrichtung 1 automatisch in den Betriebsmodus und damit in das "Temperatur-Grenzwertsystem" über.
  • Insbesondere ergänzt die oben und in Fig.13 beschriebene Mehr-Punkt-Temperaturregelung die führungsgrößenbasierte Steuerung oder Regelung der Leistung des Generators 2. Die führungsgrößenbasierte Steuerung oder Regelung der Leistung des Generators 2 ist daher der Mehr-Punkt-Temperaturregelung vorzugsweise nebengeordnet.
  • Beide Steuerungen/Regelungen haben daher ihre eigenen Führungsgrößen. Die eine Steuerung/Regelung hat als Führungsgröße(n) die Umgebungstemperatur T_ext und/oder die Luftfeuchtigkeit und/oder ein Eintreten von Schneefall und/oder die Temperatur der Schiene/Weiche und steuert den Generator 2 durch Ein- und Ausschalten des Generators 2. Diese Steuerung/Regelung kann aber ein Ausschalten des Generators 2 aufgrund einer zu hohen Innentemperatur des Generators 2 nicht verhindern, wodurch die eingangs beschriebenen Probleme auftreten. Die weitere Steuerung/Regelung (adaptive Mehr-Punkt-Temperaturregelung) hat die Aufgabe, durch geeignete Leistungsregelung den Generator 2 gegen Überhitzung zu schützen und ein unerwünschtes Ausschalten zu verhindern sowie die Leistungsabgabe zu verbessern. Die Führungsgrößen dieser weiteren Steuerung/Regelung (adaptive Mehr-Punkt-Temperaturregelung) sind hier ausschließlich die oben beschriebenen Temperaturen (unterer Temperaturgrenzwert T_low, oberer Temperaturgrenzwert T_high, bzw. T_ext).
  • Durch die mit dem Mikroprozessor 44 kommunizierende Bedieneinrichtung 40, über welche beispielsweise zumindest ein Wert für die erste Zeitspanne t1, ein Wert für die zweite Zeitspanne t2, ein Wert für die Startleistung PW Start, ein Wert für die erste Leistung PW1, ein Wert für die zweite Leistung PW2 und/oder ein Wert für die dritte Leistung PW3 in den Mikroprozessor 44 eingesteuert wird, kann die Temperaturüberwachung der induktiven Heizvorrichtung 1 flexibel an die jeweilige konstruktive Ausführung bzw. an die Umgebungsverhältnisse angepasst werden. Weiterhin sind dadurch auch der Energieverbrauch und die thermische Belastung der induktiven Heizvorrichtung 1 steuerbar.
  • Weiterhin kann in dem Mikroprozessor 44 implementierten Algorithmen eine absolute obere Grenztemperatur T_abs als Wert für eine Temperatur in dem Sinne vorgegeben sein, welche maximal von der/den Messtemperaturen erreicht werden darf. Diese absolute obere Grenztemperatur T_abs stellt im Gegensatz zur oberen Grenztemperatur T_high, welche zwar vorgegeben, aber durch Voreinstellung variierbar ist, einen unveränderbaren Wert dar und ist insbesondere größer als die obere Grenztemperatur T_high. Falls die Messtemperatur(en) diese absolute obere Grenztemperatur T_abs erreicht (erreichen) oder überschreitet (überschreiten), so ist der Mikroprozessor 44 insbesondere ausgebildet, dass er den Generator 2 generell abschaltet (entstromt). Dieser Fall tritt nur dann ein, wenn die Regelung bei der oberen Grenztemperatur T_high nicht funktionieren sollte. Die Funktionstüchtigkeit der regelung wird durch eine im nachfolgenden beschriebene Plausibilitätsprüfung überwacht.
  • Wie oben bereits regelt der Mikroprozessor 44 in dem oben beschriebenen Start-modus und Betriebsmodus die elektrische Leistung PW des Generators 2 durch Variieren der Pulsweite PW des in die Induktoren 6 eingespeisten Wechselstroms. Bevorzugt wird daher die Frequenz f konstant gehalten und lediglich die Pulsweite PW als Führungsgröße der überlagerten Regelung herangezogen.
  • Bevorzugt ist der Mikroprozessor 44 ausgebildet, dass er eine Plausibilitätsprüfung anhand der Werte der Innentemperaturen T_int1 und T_int2 durchführt und bei nicht plausiblen Werten der Innentemperaturen T_int1 und T_int2 ein Warnsignal erzeugt, das beispielsweise auf dem Display 46 angezeigt wird. Mit anderen Worten werden im Mikroprozessor 44 die von den Temperatursensoren 74a, 74b der unterschiedlichen Wechselrichter 66a, 66b erhaltenen Messtemperaturen miteinander verglichen und bei signifikanten Abweichungen voneinander das Warnsignal erzeugt.
  • Weiterhin ist hier der Mikroprozessor 44 bevorzugt ausgebildet, dass er wenigstens den unteren Temperaturgrenzwert T_low und/oder den oberen Temperaturgrenzwert T_high und/oder die erste Leistung PW1 und/oder die zweite Leistung PW2 und/oder die dritte Leistung PW3 abhängig von der Umgebungstemperatur T_ext anpasst. Damit wird erreicht, dass die oben genannten Werte an die äußeren Temperaturbedingungen automatisch angepasst werden.
  • Um Energie zu sparen, können daher die beiden Temperaturgrenzwerte T_high und T_low abhängig von der Außentemperatur T_ext mit Hilfe eines Korrekturfaktors korrigiert werden. Dies kann für beide Temperaturgrenzwerte T_low und T_high getrennt durch zwei Korrekturfaktoren oder gemeinsam über einen einzigen Korrekturfaktor geschehen. Beispielsweise ist es bei starkem Schneefall und einer Umgebungstemperatur T_ext > 0 °C nicht notwendig, dass der Generator mit einer ebenso großen Heizleistung P betrieben wird wie etwa bei -5 °C.
  • Die vorgegebenen bzw. voreingestellten Leistungen Startleistung PW Start, erste Leistung PW1, zweite PW2 und dritte Leistung PW3 sind daher bevorzugt auf einen bestimmten Wert von Umgebungstemperatur T_ext bezogen, einer Bezugs-Umgebungstemperatur T_ext_Bezug von z.B. -5 °C. Es ist dann nicht erforderlich bei demgegenüber niedrigeren Temperaturen die Heizleistung PW des Generators 2 weiter zu erhöhen, da bei niedrigeren Umgebungstemperaturen Text nicht mit Schneefall zu rechnen ist. Der Mikroprozessor 44 ist daher ausgebildet, dass die oben genannten vorgegebenen bzw. voreingestellten Leistungen daher bei in Bezug auf die Bezugs-Umgebungstemperatur T_ext_Bezug steigenden Umgebungstemperaturen T_ext reduziert. In der Praxis bedeutet dies, dass die maximale Leistung PW max für z.B. eine Umgebungstemperatur T_ext von - 5 °C und starken Schneefall voreingestellt wird. Wird aber dann anhand von Wetterdaten festgestellt, dass keine frierende Nässe oder Schneefall zu erwarten sind, wird die induktive Heizvorrichtung 1 beispielsweise überhaupt nicht eingeschaltet. Ändern sich indessen die äußeren Bedingungen wird die induktive Heizeinrichtung 1 eingeschaltet und wie oben beschrieben gesteuert. Der Energieverbrauch ist dabei vor allem von den voreingestellten Leistungswerten abhängig, die wiederum abhängig von der Umgebungstemperatur T_ext und/oder von der gemessenen Luftfeuchtigkeit angepasst werden. Die Luftfeuchtigkeit der Umgebung kann daher neben der Umgebungstemperatur T_ext in den oder die Korrekturfaktor(en) eingehen.
  • Insbesondere können die Korrekturfaktoren für die Grenztemperaturen T_high und T_low und die Korrekturfaktoren für die Leitungswerte für die Startleistung PW Start, die erste Leistung PW1, die zweite PW2 und die dritte Leistung PW3 bevorzugt nicht identisch sein. Eine Anpassung der Leistungswerte des Generators 2 wird beispielsweise linear in Bezug auf die Umgebungstemperatur T_ext vorgenommen.
    • Physikalischer Hintergrund
  • Einige Beispiele von Impulsfunktionen für eine beliebige zeitabhängige physikalische Größe g, hier der Erreger-Wechselstrom der Induktionsspulen 56, die überwiegend als Hüllkurve mehrerer Pulse entstehen, sind in den Figuren 7a bis 7d gezeigt, worin T die Periode der jeweiligen Impulsfunktion darstellt.
  • Des Weiteren sind Verfahren bekannt, bei den periodische Schwingfunktionen in Form von symmetrischen oder asymmetrischen Sägezähnen als Einzelwelle mit einer Periode von z.B. 10 ms (T1, entsprechend 100 Hz) mit einer Wiederholungsrate von 100 ms (T2, entsprechend 10 Hz) angewendet werden. Beispiele solcher periodischer Schwingfunktionen sind in den Figuren 9a bis 9c gezeigt.
  • Wird im Weiteren eine Funktion als "Impuls" oder "Puls" bezeichnet, handelt es sich immer um einen Funktionsverlauf während einer Halbperiode. Danach folgt immer ein Puls mit umgekehrtem Vorzeichen. Bei einem Spannungsverlauf erfolgen die positiven und negativen Pulse mit einer Nullphase zwischen den beiden Halbwellen, bei einem Stromverlauf und/oder einem Feldverlauf ist diese Folge lückenlos. In diesem Fall bilden die beiden Halbwellen eine periodische Wechselfunktion.
  • Der magnetische Fluss Φ ist direkt proportional zu dem elektrischen Strom I, der ihn verursacht. Die Proportionalkonstante heißt Induktivität L und stellt die charakteristische Größe eines Induktors dar: Φ = L × i
    Figure imgb0001
  • Die vorstehende Gleichung besagt gleichzeitig, dass der Verlauf des magnetischen Flusses in linearen Systemen dem Stromverlauf treu folgt. Steigt der Strom i linear, steigt auch der Fluss Φ linear, ist der Strom i konstant, nimmt auch der Fluss Φ einen konstanten Wert an.
  • Da es sich in diesen Fällen um lineare Systeme und zeitabhängige Verläufe, d.h. um Wechselströme handelt, kann die Gleichung nach der Zeit differenziert werden: dΦ / dt = L × di / dt
    Figure imgb0002
     wobei die induzierte Spannung u = - dΦ / dt
    Figure imgb0003
    ist. Je höher die Frequenz f ist, desto höher ist auch die induzierte Spannung u. Allerdings ist auch eine hohe Feldstärke Φ notwendig, d.h. es wird dazu ein größerer Strom i benötigt. Strom i und Feldstärke Φ zusammen bestimmen den Arbeitsbereich (Spannung und Frequenz) an den Induktoranschlüssen 68a und 68b des Generators 2.
  • Als besonders vorteilhaft hat sich eine senkrecht zu einer Fläche der Schiene 8, insbesondere zu einer Seitenfläche 12, 14 der Schiene 8 verlaufende Richtung der Feldlinien gezeigt (siehe Fig.6 ). Die Magnetfeldstärke bzw. die Induktion des durch die Induktionsspule 56 produzierten Magnetfeldes wird mittels einer Frequenz- und/oder einer Pulsweitenmodulation gesteuert.
  • Wie oben erläutert, wird eine Steuerung oder Regelung der Leistung P des Generators 2 mittels einer Pulsweitenmodulation als eine erste Betriebsart bezeichnet, eine Steuerung oder Regelung mittels einer Frequenzmodulation als eine zweite Betriebsart bezeichnet.
  • Es werden bevorzugt ausschließlich periodische Schwingfunktionen angewendet, die sowohl positive als auch negative Werte annehmen, ohne dass diese in einem definierten Verhältnis zueinander stehen müssen. Eine periodische Funktion erfüllt die Gleichung: f t + T = f t
    Figure imgb0004
  • Im Grenzfall gehen die Schwingfunktionen in Wechselfunktionen über, wobei die positiven und negativen, durch die Spannungskurve begrenzten Flächen innerhalb einer Periode identisch sind.
  • Sowohl die positiven als auch die negativen Spannungspulse sind rechteckig. In Fig.10a ist die Pulsweite PW mit 100 %, in Fig.10b mit 50 % dargestellt. Die Steuersignale für den Strom- und damit auch für den Flussverlauf werden so erzeugt, dass es bei beiden unabhängig von der jeweiligen Pulsweite PW zu keiner Unterbrechung kommt. Wird die maximal zulässige Pulsweite PW nach oben begrenzt- z.B. mit 75 % - entstehen beim Strom unterbrechungsfreie trapezformähnliche Funktionsverläufe ohne Pulsunterbrechung, wie in den Figuren 11a und 11b dargestellt.
  • Die erste, hier bevorzugt verwendete Betriebsart oder Pulsweitenmodus ermöglicht über entsprechende Steuerungsvorgaben ein periodisches bzw. aperiodisches Durchlaufen eines beliebigen Pulsweitenbereiches bei konstanter Frequenz f. Dies entspricht einer in Fig.12 gezeigten Pulsweitenmodulation: PW_mode bei f = konst .
    Figure imgb0005
  • Die erste Betriebsart (Pulsweitenmodus) hat eine Stromänderung und damit auch eine Flussänderung zur Folge. Beide Größen können kontinuierlich, d.h. rampenförmig, oder sprunghaft zwischen zwei frei wählbaren Grenzwerten verändert werden.
  • In Fig.12 ist ein symmetrischer Spannungsverlauf dargestellt. Der entsprechende Stromverlauf ergibt sich dann analog zu Fig.11b .
  • Alle Vorgaben können über beliebige, frei wählbare Zeit- oder Pulszahl-Konstanten entweder manuell (mittels beispielsweise einer Tastatur) oder automatisiert (beispielsweise mittels der Steuerung oder der Regelung) eingestellt werden.
  • Wie vorstehend beschrieben wurde, beinhaltet die induktive Heizvorrichtung 1 einen Generator 2 mit zumindest einem Induktor 6 mit wenigstens einer Induktionsspule 56 zur Erzeugung eines elektromagnetischen Felds mit Wechselstrom.
  • Die am Ausgang des Generators 2 anstehende Spannung wird bevorzugt in Form von viereckigen Pulsen erzeugt. Der durch die Induktionsspule 56 fließende Strom nimmt bevorzugt eine symmetrische Trapezform an. Die trapezformähnliche Strompulse werden bevorzugt als Einzelpulse ohne zusätzliche Frequenzmodulation erzeugt. Der frei einstellbare Frequenzbereich liegt vorzugsweise zwischen 5 kHz und 15 kHz.
  • Die Grenzwerte für alle Betriebsarten sind über die Bedieneinrichtung 40 frei einstellbar. Alle für die einzelnen Betriebsarten benötigten Zeitkonstanten sind ebenfalls über die Bedieneinrichtung 40 frei einstellbar. Die Verläufe sind dabei symmetrisch. Die Abläufe können mit variabler Pulszahl oder mit konstanter Pulszahl erfolgen. Der Generator 2 weist hierzu eine durch die Bedieneinrichtung 40 bzw. die Einstellmittel 42 frei programmierbare Steuerung/Regelung auf. Diese freiprogrammierbare Steuerung/Regelung ist in einem Mikroprozessor 44 implementiert.
  • Ein durch den Mikroprozessor 44 wie oben beschrieben gesteuerter Generator 2 wird daher bevorzugt verwendet, um in einer induktiven Heizvorrichtung 1 zur Befestigung an einer Schiene 8 oder an einer Weiche 10 vorgesehene Induktoren 6 mit Wechselstrom zu versorgen, wobei der durch den Mikroprozessor 44 gesteuerte oder geregelte Generator 2 die Frequenz f und/oder die Pulsweite PW des Erreger-Wechselstroms der Induktoren 6 verändert.
  • Mit anderen Worten wird eine in Fig.8 in Gesamtübersicht gezeigte induktive Heizeinrichtung mit wenigstens einem von einer beispielsweise Wechselspannungsquelle gespeisten Generator 2, einer Leitungsverbindung 22 zwischen dem Generator 2 und wenigstens einem wenigstens eine Induktionsspule 56 enthaltenden Induktor 6 zur Versorgung der wenigstens einen Induktionsspule 56 mit von dem Generator 2 erzeugten Wechselstrom, und mit einer Steuerungs- oder Regelungseinrichtung 44 zur Steuerung oder Regelung der elektrischen Leistung des Generators 2 durch Variieren der Frequenz f und/oder der Pulsweite PW des in die Induktionsspule 56 eingespeisten Wechselstroms bevorzugt als induktive Weichen- und/oder Schienenheizvorrichtung verwendet, bei welcher der wenigstens eine Induktor 6 an einer Schiene 8 und/oder an einer Weiche 10 eines Schienennetzes angeordnet ist und bei welcher aufgrund der mit dem Wechselstrom gespeisten Induktionsspule 56 in der Schiene 8 und/oder in der Weiche 10 durch elektromagnetische Induktion ein Strom induziert wird, welcher die Schiene 8 und/oder die Weiche 10 erwärmt.
  • Anstatt zur Beheizung von Weichen/Schienen kann die induktive Heizeinrichtung aber selbstverständlich zum Beheizen eines jeglichen anderen elektrisch leitfähigen Körpers verwendet werden. Die oben beschriebene Mehr-Punkt-Temperaturregelung dient dabei als Schutz des Generators der induktiven Heizeinrichtung gegen Überhitzung bei gleichzeitiger Leistungsoptimierung und kann bei allen induktiven Heizeinrichtungen unabhängig von Applikation und Kühlart (Konvektion, Zwangsbelüftung, Wasserkühlung, ...) angewendet werden. Sie ist daher für alle kontinuierlichen oder quasi kontinuierlichen induktiven Heizprozesse anwendbar.
    • Bezugszahlenliste
    • 1
    Vorrichtung
    2
    Generator
    4a, b
    elektrische Kreise
    6a, b
    Induktoren
    8
    Schiene
    10
    Weiche
    12
    äußere Seitenfläche
    14
    innere Seitenfläche
    16
    Schienenmittelteil
    18
    Schienenfuß
    20
    Schienenkopf
    22
    Verbindungsleitungen
    24
    Windungen
    26
    Trägerkörper
    28
    Magnetfeldlinien
    30
    Klammer
    32
    erster Schenkel
    34
    zweiter Schenkel
    36
    Ausbauchung
    38
    Abschirmkörper
    40
    Bedieneinrichtung
    42
    Einstellmittel
    44
    Mikroprozessor
    46
    Display
    48
    Luftfeuchtigkeitssensor
    56
    Induktionsspule
    58
    Generatorgehäuse
    60
    Versorgungsanschlüsse
    62
    Netzgleichrichter
    64
    Kondensatorbatterie
    66a/b
    Wechselrichter
    68a/b
    Induktoranschlüsse
    70
    Sensoranschluss
    72
    Umgebungstemperatursensor
    74a/b
    Tempertursensor
    76
    Temperatursensor

Claims (14)

  1. Induktive Heizvorrichtung (1), welche einen von einer Spannungsquelle gespeisten Generator (2) sowie wenigstens einen Induktor (6) beinhaltet, wobei
    a) der Generator (2) als Baugruppen wenigstens einen Netzgleichrichter (62), wenigstens einen Mikroprozessor (44), wenigstens eine Ladeeinrichtung (64) sowie wenigstens einen Wechselrichter (66a, 66b) umfasst und die Baugruppen des Generators (2) in einem Generatorgehäuse (58) untergebracht sind,
    b) der durch die elektronische Steuerung (44) gesteuerte Generator (2) über eine Leitungsverbindung (22) wenigstens einen wenigstens eine Induktionsspule (56) enthaltenden, zur Befestigung an einem zu beheizenden, elektrisch leitfähigen Körper (8, 10) vorgesehenen Induktor (6) mit Wechselstrom versorgt, und
    c) aufgrund der mit dem Wechselstrom gespeisten Induktionsspule (56) des Induktors (6) in dem zu beheizenden, elektrisch leitfähigen Körper (8, 10) durch elektromagnetische Induktion ein Strom induziert wird, welcher den zu beheizenden Körper (8, 10) erwärmt, und
    d) in dem Mikroprozessor (44) Algorithmen für die Steuerung oder die Regelung der Leistung des Generators (2) abhängig von einer Führungsgröße (Text) implementiert sind, dadurch gekennzeichnet, dass
    e) eine mit dem Mikroprozessor (44) signalleitend verbundene Sensoreinrichtung (72; 74a, 74b; 76) vorgesehen ist, welche wenigstens eine im Inneren des Generatorgehäuses herrschende Innentemperatur (T_int1, T_int2) und/oder die Induktortemperatur des wenigstens einen Induktors (6) als Messtemperatur(en) misst und in den Mikroprozessor (44) einsteuert, wobei
    f) in dem Mikroprozessor (44) implementierte Algorithmen ein Temperaturbereich zwischen einem unteren Temperaturgrenzwert (T_low) und einem oberen Temperaturgrenzwert (T_high) für die Messtemperatur vorgegeben ist, wobei
    g) der elektrische Generator (2) derart von dem Mikroprozessor (44) gesteuert ist, dass
    g1) im Rahmen eines Startmodus nach einem Einschalten des Generators (2) die Leistung (PW) des Generators (2) ausgehend von einer Startleistung (PWStart) über eine vorgegebene erste Zeitspanne (t1) rampenartig auf eine demgegenüber höhere erste Leistung (PW1) erhöht wird, welche kleiner oder gleich in Bezug zu einer maximalen Leistung (PW max) des Generators (2) ist, und
    g2) diese erste Leistung (PW1) über eine vorgegebene zweite Zeitspanne (t2) konstant gehalten wird, und dann
    g3) die Leistung (PW) des Generators (2) sprunghaft auf eine demgegenüber niedrigere zweite Leistung (PW2) abgesenkt wird, welche größer als die Startleistung PW Start ist, und dann
    g4) der Generator (2) solange unter der zweiten Leistung (PW2) betrieben wird, bis die Messtemperatur den unteren Temperaturgrenzwert (T_low) erreicht hat, und dann
    g5) im Rahmen eines Betriebsmodus
    g5.1) die Leistung (PW) des Generators (2) rampenartig erhöht wird, bis eine vorgegebene, gegenüber der zweiten Leistung (PW2) größere dritte Leistung (PW3) erreicht wird, welche kleiner oder gleich in Bezug zur ersten Leistung (PW1) ist, und dann
    g5.2) der Generator (2) solange unter der dritten Leistung (PW3) betrieben wird bis die Messtemperatur den oberen Temperaturgrenzwert (T_high) erreicht hat, und dann
    g5.3) die Leistung (PW) des Generators (2) sprunghaft auf die zweite Leistung (PW2) abgesenkt wird, und dann
    g5.4) der Generator (2) solange unter der niedrigeren zweiten Leistung (PW2) betrieben wird, bis die Messtemperatur den unteren Temperaturgrenzwert (T_low) erreicht hat, und dann
    g5.5) die Schritte g5.1) bis g5.4) zyklisch wiederholt werden.
  2. Induktive Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit dem Mikroprozessor (44) kommunizierende Bedieneinrichtung (40, 42) vorgesehen ist, über welche wenigstens ein Wert für die erste Zeitspanne (t1), ein Wert für die zweite Zeitspanne (t2), ein Wert für die Startleistung (PW Start), ein Wert für die erste Leistung (PW1), ein Wert für die zweite Leistung (PW2) und/oder ein Wert für die dritte Leistung (PW3) in den Mikroprozessor (44) einsteuerbar ist.
  3. Induktive Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (72; 74a, 74b; 76) wenigstens einen Temperatursensor (74a, 74b) umfasst, welcher eine Temperatur (T_int1, T_int2) des wenigstens einen Wechselrichters (66a, 66b) des Generators (2) als Messtemperatur erfasst und in den Mikroprozessor (44) einsteuert.
  4. Induktive Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Mikroprozessor (44) implementierten Algorithmen eine absolute obere Grenztemperatur (T_abs) vorgegeben ist, wobei falls die Messtemperatur (T_int1, T_int2) diese absolute obere Grenztemperatur (Tabs) erreicht oder überschreitet, der Mikroprozessor (44) ausgebildet ist, dass er den Generator (2) abschaltet.
  5. Induktive Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroprozessor (40) zur Steuerung oder Regelung der elektrischen Leistung des Generators (2) durch Variieren der Frequenz (f) und/oder der Pulsweite (PW) des in den wenigstens einen Induktor (6) eingespeisten Wechselstroms ausgebildet ist.
  6. Induktive Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche Führungsgröße die Umgebungstemperatur (T_ext) und/oder die Temperatur des zu beheizenden Körpers (8, 10) und/oder die Induktortemperatur wenigstens eines Induktors (6) ist.
  7. Induktive Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (2) mehrere in Bezug zur Ladeeinrichtung (64) parallel geschaltete Wechselrichter (66a, 66b) beinhaltet, wobei an jeden Wechselrichter (66a, 66b) jeweils ein Induktor (6a, 6b) angeschlossen ist.
  8. Induktive Heizvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass an oder in jedem Wechselrichter (66a, 66b) mittelbar oder unmittelbar ein Temperatursensor (74a, 74b) angeordnet ist, welcher eine auf den jeweiligen Wechselrichter (66a, 66b) bezogene Temperatur (T_int1, T_int2) in den Mikroprozessor (44) als Messtemperatur einsteuert.
  9. Induktive Heizvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroprozessor (44) ausgebildet ist, dass er eine Plausibilitätsprüfung anhand der Werte der Messtemperaturen (T_int1, T_int2) durchführt und bei nicht plausiblen Werten der Messtemperaturen (T_int1, T_int2) ein Warnsignal erzeugt.
  10. Induktive Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (72; 74a, 74b; 76) wenigstens einen Umgebungstemperatursensor (72) aufweist, welcher die Umgebungstemperatur (T_ext) misst und in den Mikroprozessor (44) einsteuert, wobei der Mikroprozessor (44) ausgebildet ist, dass er wenigstens den unteren Temperaturgrenzwert (T_low) und/oder den oberen Temperaturgrenzwert (T_high) und/oder die erste Leistung (PW1) und/oder die zweite Leistung (PW2) und/oder die dritte Leistung (PW2) abhängig von der Umgebungstemperatur (T_ext) anpasst.
  11. Induktive Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine induktive Welchen- und/oder Schienenheizvorrichtung ausbildet, wobei der zu beheizende Körper (8, 10) durch eine Schiene und/oder durch eine Weiche gebildet wird.
  12. Schienennetz für Schienenfahrzeuge, beinhaltend wenigstens eine Schiene (8) und/oder eine Weiche (10), dadurch gekennzeichnet, dass es wenigstens eine induktive Welchen- und/oder Schienenheizvorrichtung (1) gemäß Anspruch 11 umfasst.
  13. Schienennetz nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Induktor (6) an einer oder an beiden Seitenflächen (12, 14) wenigstens einer Schiene (8) angeordnet ist.
  14. Schienennetz nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Induktor (6) an der Schiene (8) in einem sich im Bereich einer Weiche (10) befindlichen Schienenabschnitt angeordnet ist.
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