Einrichtung zum induktiven Heizen an einem Stahlband, insbesondere für Wehre und Talsperren Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrich tung zum induktiven Heizen an einem Stahlband, insbesondere an Stahlbändern von Teilen an Wehren und Talsperren.
Die Erwärmung von beweglichen Sperrteilen bei Wehren und Talsperren erfolgte bisher nach dem Widerstandsverfahren. Die Erwärmung hat den Zweck, zu verhindern, dass die beweglichen und fe sten Teile der Sperrglieder zusammenfrieren, so dass es immer, auch im Winter, möglich ist, mit diesen Gliedern zu manipulieren.
Die Widerstandserwär mung war nach den bisherigen Erfahrungen herstel- lungsmässig teurer, betriebsmässig weitaus empfind licher und wies eine hohe Störanfälligkeit auf. Aus- serdem entstand die Wärme nicht unmittelbar in demjenigen Konstruktionsteil, auf welchem es zu keiner Eisbildung kommen soll, sondern wurde die sem Teil aus dem Heizelement über eine elektrische Isolation zugeführt. Dadurch war natürlich auch der Wirkungsgrad und die Bereitschaft der Erwärmung niedriger.
Alle diese Nachteile beseitigt die erfin- dungsgemässe Einrichtung dadurch, dass längs des Bandes mindestens ein elekrischer Leiter gelagert ist, welcher an Wechselstrom anzuschliessen ist, wobei dieser Leiter vom Band und von mindestens einem Teil aus magnetisch leitendem Material umhüllt ist, der am Band befestigt ist.
In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbei spiele der erfindungsgemässen Einrichtung darge stellt. Es zeigen Fig. 1 eine erste Ausführungsvariante im Schnitt, und Fig. 2 eine schematische Ansicht dazu ; Fig. 3 einen Schnitt durch eine zweite Ausfüh rungsvariante ; Fig. 4 die zweite Variante in Ansicht; Fig. 5 ein Schnitt durch eine in einer Talsperre eingebaute Heizeinrichtung ; Fig. 6 und 7 weitere Ausführungsbeispiele der Heizeinrichtung im Schnitt.
Ein starkes Stahlband 1, welches in einem Beton block einer Talsperre (nicht dargestellt) eingebaut ist und an welches mittels Dichtung der bewegliche Sperrteil anliegt, besitzt an der dem Betonblock der Talsperre zugekehrten Seite aus einem starken Eisen blech hergestellte, rinnenförmige Teile 3 (Fig. 1 und 2), welche angeschweisst, gegebenenfalls ange schraubt sind. Diese Teile sind gemäss Fig. 2 koaxial und nebeneinander der Länge nach an das Stahlband angeschweisst. Zwischen den einzelnen Teilen 3 ist ein kleiner Abstand.
Durch den Kanal, welcher am Band 1 durch das Anschweissen dieser Teile ent steht, ist ein Kabel aus einem gut leitenden Material (Kupfer, Aluminium) hindurchgeführt. Dieses Kabel ist an einem Ende abisoliert und mit dem Band lei tend verbunden. Am anderen Ende wird dem Kabel und dem Band gemäss Fig. 2 zwischen den Punkten A und B eine Wechselspannung zugeführt. Infolge des durch das Kabel fliessenden Stromes, von der Grössenordnung 500-2000 A, entsteht um das Kabel 2 ein starkes magnetisches Wechselfeld, welches im Band 1 und in den Teilen 3 Wirbelströme erregt. Diese Wirbelströme sowie Hystereseverluste erwär men das Band 1 und die Teile 3 stark.
Ausserdem wird das Band 1 stärker erwärmt als die Teile 3, weil durch das Band der Strom fliesst, welcher längs des Kabels vom entgegengesetzten Bandende zur Stromquelle zurückkehrt. Mit Rücksicht darauf, dass das Band 1 und die Teile 3 aus Eisen bestehen, also stark magnetisch leitend sind, tritt infolge des Skin- effektes eine starke Verdichtung dieses Rückstromes in der engsten Nähe des Kabels ein, wodurch die Heizwirkung gerade in jedem Teil wesentlich an steigt, welcher erwärmt werden soll.
Der Rückstrom würde normalerweise auch durch die Teile 3 konzen triert in engster Nähe des Kabels 2 fliessen (Fig. 1 bis 4), jedoch mit Rücksicht darauf, dass die Teile 3 durch Fugen voneinander getrennt sind, wird der Rückstrom grösstenteils bloss durch das Band 1 flies- sen. Der Rückstrom wird dem Kabel 1 auch in dem Fall folgen, wenn er scheinbar einen kürzeren Weg durch einen anderen Konstruktionsteil des Wehrs hätte.
Dies wird dadurch bewirkt, dass es sich um einen Wechselstrom handelt und dass er ein Material von grosser magnetischer Leitfähigkeit durchfliesst. Die in den Teilen 3 entstehende Wärme wird durch das gut wärmeleitende Eisenmaterial dem Band zu geführt, so dass sie nicht verloren ist. Zwecks Ver minderung der Verluste kann die Aussenseite der Teile 3 gegen die Wärmeabgabe an die Umgebung thermisch isoliert werden.
In Fig. 3 und 4 ist ein dreiphasiges Erwärmungs verfahren dargestellt. Die Anordnung ist analog wie in Fig. 1 und 2, bloss in den durch Anschweissen der Teile 3 (Fig. 3 und 4) entstehenden Kanal wer den zwei Kabel 2 und 4 eingeschoben. Diesen beiden einadrigen Kabel sind an den Enden untereinander und auch mit dem Stahlband 1 kurzgeschlossen. Das Kabel 2 ist an die Phase X angeschlossen und das Kabel 4 an die Phase Y. Die Phase Z ist unmittelbar an den Anfang des Stahlbandes angeschlossen.
Die Ströme in den Kabeln 2 und 4 sind zwar zeitlich um ein Drittel der Schwingungsdauer verschoben, je doch summieren sie sich vektoriell. Es entsteht da her abermals ein Wechselfeld mit analogen Wirkun gen wie bei der Anordnung gemäss Fig. 1 und 2. Durch die Phase Z, d. i. durch das geheizte Band 1, kehren diese beiden Ströme in das Netz zurück. Das Netz ist auf diese Weise beinahe symmetrisch be lastet. Diese Lösung hat hauptsächlich bei der Ab nahme grösserer Leistungen Bedeutung, wo es un vorteilhaft ist, die Leistung bloss einphasig abzu nehmen.
Selbstverständlich wird in beiden Fällen das In- duktions-Heizsystem aus der Stromquelle (Netz) über einen Isoliertransformator gespeist, wecher die Er dung eines Poles durch die Talsperrenkonstruktion ermöglicht.
Der Anschaulichkeit halber ist in Fig. 5 ein Schnitt durch die beschriebene Heizung dargestellt, und zwar in Anwendung bei einer Talsperre, z. B. bei der Schwelle eines Segment-Sperrteiles. Der Raum 5 im Sperrkörper muss bei diesem Verfahren nicht einmal wasserdicht abgeschlossen sein wie bei der Widerstandsheizung. Es genügt, wenn er an der niedrigsten Stelle entwässert wird, damit das gege benenfalls eingedrungene Wasser irgendwo abfliessen kann. Das Kabel l (Fig.1) respektive die Kabel 2 und 4 (Fig. 3) erfahren durch Feuchtigkeit keinen Scha den, weil sie einen Bleimantel besitzen.
Die Kabel sollen allerdings keinen Stahlpanzer haben, da sich dieser erwärmen würde.
Eine allfällige Dichtung 6 (Fig. 5) wird vorteil haft aus einem nichtmagnetischen Material ausge führt, jedoch ist dies keine Bedingung für die richtige Heizfunktion. Damit keine überhitzung des Kabels 2 (Fig. 1) z. B. beim Heizungsvorgang ohne Wasser eintritt, ist es vorteilhaft, die Heizung mit einer Kon- trollvorrichtung der maximalen Temperatur zu ver sehen. An Stellen, wo eine schwächere Heizung ge fordert wird (z. B. bei Stellen, welche nicht dauernd unter Wasser sind), ist es möglich, die schwächere Heizung durch Verkürzen oder auch durch völliges Auslassen einiger Teile 3 zu erzielen.
In letzterem Falle wäre das Kabel 2 bloss durch schwache Be festigungsschellen am Band 1 gehalten.
Die Heizung des Bandes 1 (Fig. 1) kann in we niger vorteilhafter Weise auch gemäss Fig. 6 und 7 erfolgen. In Fig. 6 wird das Band 1 rein induktiv er wärmt, denn es führt keinen Rückstrom. Dieser Strom kehrt durch das Kabel 7 zurück. Die Teile 3 müssen nicht der Länge nach unterteilt sein.
In Fig. 7 ist in analoger Weise eine dreiphasige Heizung des Bandes 1 dargestellt. Der Strom der Phasen X, Y, Z wird durch die Kabel 2, 7, 8 ge führt, welche an ihrem Ende zu einem Sternpunkt vereinigt sind. Auch diese Anordnung muss keine längsgeteilte Teile 3 haben.