Der Zug steht, nichts geht mehr – Weichenstörung. Fallender Schnee hat die Weiche blockiert, die Schienen lassen sich nicht mehr umlegen. Jetzt muss jemand sich auf den Weg machen, zur Weiche gehen, den Schnee entfernen. Und das dauert. Kein Wunder, dass Bahnbetriebe in aller Welt seit rund 150 Jahren darauf setzen, den Schnee möglichst schnell aus der Weiche herauszuheizen.
"Bei der Bundesbahn, also bei uns, werden zu 90 Prozent elektrische Weichenheizungen eingesetzt."
Erklärt Damian Schink, Entwickler beim Weichenbauer Pintsch Aben geotherm in Dinslaken. Damit ist das Problem jedoch nicht gelöst, so der Ingenieur weiter.
"Für die Bahn entsteht ein relativ großes Problem, sie zahlt für die Anschlussleistung eine Bereitstellungsgebühr, die relativ hoch ist, und für den Wirkstrom einen relativ geringen Tarif. Vermengt man das miteinander, bekommt man Tarifkosten von 40 bis 45 Cent pro Kilowattstunde. Und das ist ein sehr hoher Preis für diese Anlagen, die normalerweise nicht mehr als 350 bis 380 Stunden im Jahr arbeiten."
Die DB Netz AG ist daher auf der Suche nach einer preiswerten Alternative. Und Ingenieur Schink hat gemeinsam mit Kollegen eine Idee aufgegriffen, um Weichen völlig ohne externe Stromversorgung zu heizen, allein mit Erdwärme.
"Die Heizung basiert auf dem Prinzip des Wärmerohrs, ein Wärmerohr ist ein geschlossener Raum gefüllt mit einem Arbeitsmedium, bei uns ist das Kohlendioxid mit einem Druck von 40 Bar; auf der einen Seite des Wärmerohrs wird das Kohlendioxid verdampft, der Dampf strömt zu dem anderen Teil des Wärmerohrs, dem kälteren Teil, da kondensiert er wieder, und das Kondensat fließt wieder zurück zu der Seite, wo es verdampft wird."
Das eine Ende des Rohres steckt rund 100 Meter tief in der Erde, das andere mündet in einen neu entwickelten Wärmetauscher, der in die Schwellen eingelassen ist. Arbeitspferd der Weichenheizung ist Kohlendioxid, weil es auch in Klimaanlagen verwendet wird – als ozonfreundliche Alternative zu konventionellen Kühlmitteln. Das ist umweltfreundlich, macht es aber notwendig, im Rohrinneren den 40fachen Atmosphärendruck aufrecht zu erhalten.
"Der Druck ist notwendig um den Taupunkt bei sieben bis acht Grad zu halten, Kohlendioxid ist ja bei normalen Temperaturen ein Gas, und es wird erst flüssig, wenn man es sehr weit runter kühlt, oder den Druck sehr weit erhöht. Das ist also notwendig."
Denn fällt die Temperatur unter sieben bis acht Grad Celsius, soll die Heizung automatisch anspringen: Das Kohlendioxid kondensiert dann am oberen Ende, im speziellen Wärmetauscher. Dabei werden Schwellen und Schienen geheizt. Das flüssige Kohlendioxid läuft dann ins Rohr und stürzt rund 100 Meter in die Tiefe – wo es dann wieder verdampft und nach oben zischt. Viel Platz hat es dafür nicht – ein Wärmerohr ist nicht dicker als ein Bleistift. Zwölf bis 15 davon ragen in den Boden unter einer Weiche und liefern gemeinsam fünf Kilowatt Wärmeenergie.
"Die reichen aus, um eine kleine Weiche zu beheizen, also eine Standart-Rangierweiche, das reicht völlig aus. In einer Machbarkeitsstudie haben wir mit einer Temperatur von sechs Grad ungefähr an der Weiche die Weiche selbst bis minus 17 Grad frei halten können. Schnee- und eisfrei halten können, und auch über Null Grad halten können."
Wobei größere Weichen natürlich mehr Wärme bräuchten.
"Eine Hochgeschwindigkeitsweiche hat einen Bedarf von 35 Kilowatt, dementsprechend müsste man sieben Löcher bohren, um die Weiche ausreichend mit Wärmeenergie zu versorgen."
In diesem Winter testen Netzbetreiber und der Heizungshersteller die Entwicklung an drei Orten; Damian Schink geht davon aus, dass nach der Auswertung dieser Versuche die Umrüstung der Weichen beginnen kann – und die Bahn damit erheblich Energie sparen wird.
"Also wir haben vor, die Weichenheizung ungefähr in zwei Jahren als Serienprodukt auf den Markt zu bringen, bezüglich der Energieeinsparung ist es so, dass momentan im Bereich der deutschen Bundesbahn ungefähr 580 Megawatt Anschlussleistung an elektrischen Weichenheizungen installiert sind, und wenn man sich anschaut, dass man nur kleine Teile oder meinetwegen ein Drittel der Weichenheizungen austauschen würde, dann würde das eine enorme Energieeinsparung bringen."
"Bei der Bundesbahn, also bei uns, werden zu 90 Prozent elektrische Weichenheizungen eingesetzt."
Erklärt Damian Schink, Entwickler beim Weichenbauer Pintsch Aben geotherm in Dinslaken. Damit ist das Problem jedoch nicht gelöst, so der Ingenieur weiter.
"Für die Bahn entsteht ein relativ großes Problem, sie zahlt für die Anschlussleistung eine Bereitstellungsgebühr, die relativ hoch ist, und für den Wirkstrom einen relativ geringen Tarif. Vermengt man das miteinander, bekommt man Tarifkosten von 40 bis 45 Cent pro Kilowattstunde. Und das ist ein sehr hoher Preis für diese Anlagen, die normalerweise nicht mehr als 350 bis 380 Stunden im Jahr arbeiten."
Die DB Netz AG ist daher auf der Suche nach einer preiswerten Alternative. Und Ingenieur Schink hat gemeinsam mit Kollegen eine Idee aufgegriffen, um Weichen völlig ohne externe Stromversorgung zu heizen, allein mit Erdwärme.
"Die Heizung basiert auf dem Prinzip des Wärmerohrs, ein Wärmerohr ist ein geschlossener Raum gefüllt mit einem Arbeitsmedium, bei uns ist das Kohlendioxid mit einem Druck von 40 Bar; auf der einen Seite des Wärmerohrs wird das Kohlendioxid verdampft, der Dampf strömt zu dem anderen Teil des Wärmerohrs, dem kälteren Teil, da kondensiert er wieder, und das Kondensat fließt wieder zurück zu der Seite, wo es verdampft wird."
Das eine Ende des Rohres steckt rund 100 Meter tief in der Erde, das andere mündet in einen neu entwickelten Wärmetauscher, der in die Schwellen eingelassen ist. Arbeitspferd der Weichenheizung ist Kohlendioxid, weil es auch in Klimaanlagen verwendet wird – als ozonfreundliche Alternative zu konventionellen Kühlmitteln. Das ist umweltfreundlich, macht es aber notwendig, im Rohrinneren den 40fachen Atmosphärendruck aufrecht zu erhalten.
"Der Druck ist notwendig um den Taupunkt bei sieben bis acht Grad zu halten, Kohlendioxid ist ja bei normalen Temperaturen ein Gas, und es wird erst flüssig, wenn man es sehr weit runter kühlt, oder den Druck sehr weit erhöht. Das ist also notwendig."
Denn fällt die Temperatur unter sieben bis acht Grad Celsius, soll die Heizung automatisch anspringen: Das Kohlendioxid kondensiert dann am oberen Ende, im speziellen Wärmetauscher. Dabei werden Schwellen und Schienen geheizt. Das flüssige Kohlendioxid läuft dann ins Rohr und stürzt rund 100 Meter in die Tiefe – wo es dann wieder verdampft und nach oben zischt. Viel Platz hat es dafür nicht – ein Wärmerohr ist nicht dicker als ein Bleistift. Zwölf bis 15 davon ragen in den Boden unter einer Weiche und liefern gemeinsam fünf Kilowatt Wärmeenergie.
"Die reichen aus, um eine kleine Weiche zu beheizen, also eine Standart-Rangierweiche, das reicht völlig aus. In einer Machbarkeitsstudie haben wir mit einer Temperatur von sechs Grad ungefähr an der Weiche die Weiche selbst bis minus 17 Grad frei halten können. Schnee- und eisfrei halten können, und auch über Null Grad halten können."
Wobei größere Weichen natürlich mehr Wärme bräuchten.
"Eine Hochgeschwindigkeitsweiche hat einen Bedarf von 35 Kilowatt, dementsprechend müsste man sieben Löcher bohren, um die Weiche ausreichend mit Wärmeenergie zu versorgen."
In diesem Winter testen Netzbetreiber und der Heizungshersteller die Entwicklung an drei Orten; Damian Schink geht davon aus, dass nach der Auswertung dieser Versuche die Umrüstung der Weichen beginnen kann – und die Bahn damit erheblich Energie sparen wird.
"Also wir haben vor, die Weichenheizung ungefähr in zwei Jahren als Serienprodukt auf den Markt zu bringen, bezüglich der Energieeinsparung ist es so, dass momentan im Bereich der deutschen Bundesbahn ungefähr 580 Megawatt Anschlussleistung an elektrischen Weichenheizungen installiert sind, und wenn man sich anschaut, dass man nur kleine Teile oder meinetwegen ein Drittel der Weichenheizungen austauschen würde, dann würde das eine enorme Energieeinsparung bringen."