CH687268A5

CH687268A5 - Sondenfuss fuer eine Erdsonde.

Info

Publication number: CH687268A5
Application number: CH01734/93A
Authority: CH
Inventors: Fritz Luder
Original assignee: Haka Ag Fabrik Fur Kunststoff
Priority date: 1993-06-09
Filing date: 1993-06-09
Publication date: 1996-10-31

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sondenfuss für eine Erdsonde, wobei der in ein Bohrloch einsetzbare Sondenfuss ein um etwa 180 DEG gekrümmtes Bogenteil aufweist, mittels dessen Zu- und Rücklaufrohre der Erdsonde zur Durchströmung eines Wärmeträgers verbindbar sind.

Erdsonden werden zur Ausnutzung der Erdwärme als Wärmetauscher in den Boden eingesetzt. Der fliessfähige Wärmeträger, der zum Wärmeaustausch mit der Umgebung und zum Transport der aufgenommenen Erdwärme nach oben benutzt wird, führt über ein erstes Verbindungsrohr, das Zulaufrohr, zum Sondenfuss, wird dort umgelenkt und dann über ein weiteres Verbindungsrohr, das Rücklaufrohr, zurück zum Sondenkopf transportiert.

Ein Sondenfuss der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der CH-PS 653 120 bekannt. Dort wird u.a. ausgeführt, dass ein auf dem Grund eines Bohrlochs zum Liegen kommender Abschnitt eines mit einem 180 DEG -Bogen verbundenen, eine Erdsonde bildenden Rohrpaares eine bogenförmige Krümmung aufweisen kann, deren Bogenhöhe wesentlich grösser sein kann als der Durchmesser des Bohrloches. Die genaue Konstruktion des angesprochenen 180 DEG -Bogens ist dort nicht beschrieben. In der Praxis wurden bisher nur aus 90 DEG -Bögen nach dem Stumpfschweiss-Verfahren hergestellte 180 DEG -Bögen verwendet. Die heute eingesetzten Erdsondenfüsse bestehen somit aus mehrteiligen, miteinander verschweissten Bogenteilen.

Durch das Stumpfschweissen der zwei 90 DEG -Bögen aneinander bildet sich im Inneren des Bogens ein Innengrat, welcher eine sprungartige Verengung des Kunststoffbogens darstellt und aufgrund der Krümmung des Bogens nicht ohne weiteres entfernbar ist.

Die bekannte Art der Sondenfüsse hat verschiedene Nachteile. Die ineinanderragenden Rohre und die Schweissstellen bilden Blenden, welche einen grossen Durchflusswiderstand ergeben. Das Zusammensetzen und das Verschweissen der einzelnen Stumpfschweissstellen ist arbeitsaufwendig. Solche Schweissstellen werden auch von den Umweltschutzbehörden als ein Sicherheitsrisiko betrachtet, da beim Undichtwerden die Umgebung, d.h. vor allem das Grundwasser, verschmutzt wird, wobei auch die Reinheit der häufig in der Nähe solcher Erdsondenanlagen zu findenden Trinkwasserreservoire beeinträchtigt werden kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen solchen Sondenfuss der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher eine höhere Sicherheit gegen Verschmutzung der Umwelt bietet, technisch einfacher und daher wirtschaftlicher herzustellen ist und darüberhinaus einen möglichst kleinen Durchflusswiderstand für den umlaufenden Wärmeträger bietet.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäss vorgesehen, dass der Sondenfuss durch ein einstückig geformtes, um zumindest im wesentlichen 180 DEG gekrümmtes Kunststoffrohr gebildet ist, das eine Oberfläche besitzt, welche keine sprungartigen Verengungen aufweist.

Dadurch, dass der Sondenfuss aus einem einstückigen, um 180 DEG gekrümmtes Kunststoffrohr und nicht aus zwei miteinander verschweissten Bogenteilen gebildet ist, ist keine Stumpfschweissstelle vorhanden, welche zu Leckagen führen kann. Auch wird durch die Vermeidung einer solchen Schweissstelle eine Konstruktion erreicht, bei der das Kunststoffrohr eine glatte, keine stufen- oder sprungartigen Verengungen aufweisende Oberfläche besitzt, so dass der Durchströmungswiderstand auf einem Minimum gehalten werden kann. Mit dieser Konstruktion gelingt es auch, einen möglichst kleinen Umlenkradius sicherzustellen, so dass für einen bestimmten Durchmesser des Bohrloches mit verhältnismässig grossen Rohrdurchmessern und freien Strömungsquerschnitten im U-förmig gekrümmten Kunststoffrohr gearbeitet werden kann.

Z.B. gelingt es mit der erfindungsgemässen Konstruktion, einen U-förmigen Kunststoffbogen mit Schenkeln von 32 mm Durchmesser in ein Bohrloch von 110 mm einzusetzen bzw. ein Kunststoffrohr mit einem Rohrdurchmesser von 40 mm in ein Loch von 120 mm Durchmesser einzuführen.

Besonders günstig ist es, wenn der etwa U-förmige Sondenfuss mit zwei unterschiedliche Längen aufweisenden Schenkeln ausgebildet ist. Die Verbindungsstellen mit den Zu- und Rücklaufrohren dann in Längsrichtung der Sonde gegeneinander versetzt, so dass die Durchführung der Verbindung mit dem jeweiligen Rohr nicht erschwert ist und etwaige Durchmesservergrösserungen, die an diesen Verbindungsstellen auftreten, keine störende Auswirkung verursachen. Die erfindungsgemässe Konstruktion gestattet die Anbringung eines Gewichtes, das dem in einem Bohrloch durch das vorhandene Grundwasser bewirkten Auftrieb entgegenwirkt. Vorzugsweise weist diese Einrichtung die Form einer Kunststoffplatte bzw. -lasche mit mindestens einem in der Ebene der Kunststoffplatte bzw. -lasche liegenden Loch auf.

Die Herstellung des erfindungsgemässen Sondenfusses erfolgt vorzugsweise durch das sogenannte Extrusionsblasverfahren, das dem Fachmann als solches bekannt ist. Zuerst wird ein Rohr extrudiert, dann wird, wie bei der Flaschenherstellung, ein Werkzeug um das Rohr herumgelegt und das Rohr anschliessend aufgeblasen. Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden in den Unteransprüchen angege ben, wobei die erfindungsgemässe Konstruktion auch für sog. Energiepfähle verwendet werden kann.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert, in welcher zeigt:

Fig. 1 eine teilweise in Längsrichtung geschnittene Draufsicht eines Sondenfusses 10 und
Fig. 2 einen Querschnitt durch den Sondenfuss der Fig. 1 in der Ebene II-II.

Nach der Zeichnung weist der Sondenfuss 10 in etwa eine U-Form mit zwei unterschiedliche Längen aufweisenden Schenkeln 12 und 14 auf, welche über einen Rohrbogen 16 ineinander übergehen. Der Querschnitt des Sondenfusses senkrecht zu der Mittellinie 15 hat überall zumindest im wesentlichen den gleichen Durchmesser. Im freien Endbereich des Schenkels 12 befindet sich eine nach aussen gerichtete Ringschulter 20, welche einen Abstand von der Stirnfläche 22 dieses Schenkels 12 aufweist. Die Ringschulter 20 dient als Anschlag für das Stirnende 24 eines auf das freie Ende des Schenkels 12 aufgestülpten Verbindungsrohres 26, so dass zwischen dem aufgestülpten Verbindungsrohr 26 und dem Schenkel 12 eine teleskopartige Verbindung existiert.

Das Verbindungsrohr 26 kann auf verschiedene Weise mit dem freien Ende des Schenkels 12 abgedichtet verbunden werden. Beispielsweise kann die Ringschulter 20 mit dem Stirnende 24 des Rohres verschweisst werden, wobei diese Schweissstelle zu keiner Verengung des freien Strömungsquerschnittes des Sondenfusses führt, da sich die Schweissnaht nur aussen befindet. Es kommen die üblichen Schweissverfahren wie Stumpfschweissen, Heizelement-Muffenschweissen und Heizwedel-Muffenschweissen in Frage. Eine andere Möglich keit besteht darin, die teleskopisch ineinandergesteckten Enden mit einer Klebeverbindung zwischen der äusseren Oberfläche des Schenkels 12 und der inneren Oberfläche des Verbindungsrohres 26 aneinander zu befestigen.

Es ist auch möglich, das freie Ende des Gewindes 26 bzw. das freie Ende des Schenkels 12 mit einem Gewinde zu versehen und mit einer gesonderten Schraubmuffe eine Schraubverbindung ggf. unter Zwischenschaltung einer Dichtung zu erreichen. Auch weitere lösbare Verbindungen sind verwendbar.

Eine entsprechende teleskopische Verbindung ist auch am Schenkel 14 zwischen diesem Schenkel und einem weiteren Verbindungsrohr 28 vorgesehen, wobei die Befestigung nach einer der oben erläuterten Möglichkeiten erreicht werden kann.

Als Alternative zu der zylindrischen Gestalt des Verbindungsrohres 26 weist das Verbindungsrohr 28 am Ende eine stufenförmige zylindrische Erweiterung 30 auf, welche zur Aufnahme des freien Endes 32 des Schenkels 14 dient. Auf diese Weise liegt die innere Oberfläche 27 des Vebindungsrohres 28 bündig mit der inneren Oberfläche 29 des Sondenfusses 10 im Bereich des Stirnendes 33 des Schenkels 14, so dass in diesem Übergangsbereich keine Strömungsstörungen auftreten. Auch bei dem Schenkel 14 dient eine Ringschulter 34 als Begrenzungsanschlag für das freie Ende des Verbindungsrohres 28. Beide Ringschultern 20 und 34 können vorteilhafterweise schräge Seitenflächen aufweisen, die beispielsweise einen Neigungswinkel von 45 DEG bezogen auf die Mittellinie des Sondenfusses aufweisen.

Die stufenförmige Erweiterung 30 des Verbindungsrohres 28 kann auch bei dem Verbindungsrohr 26 vorgesehen werden.

Am im Betrieb unteren Ende 36 des U-fömigen Sondenfusses 10 befindet sich eine Kunststoffplatte bzw. -lasche 38 mit einem Befestigungsloch 40 und einem umlaufenden Rand 42 geringerer Wandstärke. Diese Kunststoffplatte bzw. -lasche 38 kann mit dem unteren Ende 36 des Sondenfusses 10 verklebt werden oder kann aber auch während des Extrusionsblasverfahrens mit dem Sondenfuss einstückig erzeugt werden. Das Befestigungsloch 40 dient der Befestigung eines Gewichtes, das dem in einem Bohrloch durch das vorhandene Grundwasser bewirkten Auftrieb entgegenwirkt. Es können auch zwei Befestigungslöcher vorgesehen werden.

Durch die in Längsrichtung der Schenkel 12, 14 versetzte Anordnung der teleskopischen Verbindungsstellen wird einerseits die Montage der Verbindungsrohre mit dem Sondenfuss erleichtert, da der erhöhte Durchmesser an den Verbindungsstellen dann weniger störend ist und beispielsweise mehr Platz für die Durchführung einer Schweissverbindung vorliegt, andererseits wird auch die Herstellung des U-förmigen Sondenfusses erleichtert.

Diese Herstellung erfolgt vorzugsweise durch das an sich bekannte Extrusionsblasverfahren, das beispielsweise in dem Buch "Kunststoffverarbeitung und Werkzeugbau" auf den Seiten 444 und 445 beschrieben ist. Durch ein solches Verfahren wird zuerst ein Rohr extrudiert, dann wird, wie bei der Flaschenherstellung, ein Werkzeug um das Rohr umgelegt und das Rohr wird aufgeblasen und dehnt sich, bis die Form des Werkzeuges aufgefüllt ist.

Der Sondenfuss wird vorzugsweise aus polymerem Material, wie beispielsweise Polyolefin und insbesondere aus Hochdruckpolyethylen hergestellt.

Claims

1. Sondenfuss für eine Erdsonde, wobei der in ein Bohrloch einsetzbare Sondenfuss ein um etwa 180 DEG gekrümmtes Bogenteil aufweist, mittels dessen Zu- und Rücklaufrohre der Erdsonde zur Durchströmung eines Wärmeträgers verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Sondenfuss (10) durch ein einstückig geformtes, um zumindest im wesentlichen 180 DEG umgelenktes Kunststoffrohr gebildet ist, das eine innere Oberfläche besitzt, welche keine sprungartigen Verengungen aufweist.

2. Sondenfuss nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sondenfuss (10) in etwa U-förmig mit zwei unterschiedliche Längen aufweisenden Schenkeln (12, 14) ausgebildet ist.

3.

Sondenfuss nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkel (12, 14) des Sondenfusses (10) zur teleskopischen Verbindung mit den ihnen zugeordneten Enden der Zulauf- und Rücklaufrohre (26, 28) ausgebildet sind.

4. Sondenfuss nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkel des Sondenfusses jeweilige von ihren jeweiligen Stirnseiten (22, 33) einen Abstand aufweisende Ringschultern (20, 34) besitzen.

5. Sondenfuss nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (38, 40, 42) zur Anbringung eines Gewichtes unten am Kunststoffrohr vorgesehen ist.

6. Sondenfuss nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung die Form einer Kunststoffplatte (38) bzw. -lasche mit mindestens einem in der Ebene der Kunststoffplatte bzw. -lasche liegenden Loch (40) aufweist.

7.

Sondenfuss nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffplatte (38) bzw. -lasche in der Ebene des um 180 DEG gekrümmten Kunststoffrohres liegt.

8. Sondenfuss nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffplatte (38) bzw. -lasche einen um diese herumlaufenden Verstärkungsrand (42) aufweist.

9. Sondenfuss nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er aus polymerem Material, vorzugsweise aus Polyolefin und insbesondere aus Hochdruckpolyethylen besteht.

10. Verfahren zur Herstellung des Sondenfusses nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffrohr zunächst extrudiert, ein entsprechend der Gestalt des erwünschten, um 180 DEG gekrümmten Kunststoffrohres ausgebildetes Werkzeug um das Rohr herumgelegt und das Rohr anschliessend aufgeblasen wird. 1. Sondenfuss für eine Erdsonde, wobei der in ein Bohrloch einsetzbare Sondenfuss ein um etwa 180 DEG gekrümmtes Bogenteil aufweist, mittels dessen Zu- und Rücklaufrohre der Erdsonde zur Durchströmung eines Wärmeträgers verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Sondenfuss (10) durch ein einstückig geformtes, um zumindest im wesentlichen 180 DEG umgelenktes Kunststoffrohr gebildet ist, das eine innere Oberfläche besitzt, welche keine sprungartigen Verengungen aufweist. 2. Sondenfuss nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sondenfuss (10) in etwa U-förmig mit zwei unterschiedliche Längen aufweisenden Schenkeln (12, 14) ausgebildet ist. 3.

Sondenfuss nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkel (12, 14) des Sondenfusses (10) zur teleskopischen Verbindung mit den ihnen zugeordneten Enden der Zulauf- und Rücklaufrohre (26, 28) ausgebildet sind. 4. Sondenfuss nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkel des Sondenfusses jeweilige von ihren jeweiligen Stirnseiten (22, 33) einen Abstand aufweisende Ringschultern (20, 34) besitzen. 5. Sondenfuss nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (38, 40, 42) zur Anbringung eines Gewichtes unten am Kunststoffrohr vorgesehen ist. 6. Sondenfuss nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung die Form einer Kunststoffplatte (38) bzw. -lasche mit mindestens einem in der Ebene der Kunststoffplatte bzw. -lasche liegenden Loch (40) aufweist. 7.

Sondenfuss nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffplatte (38) bzw. -lasche in der Ebene des um 180 DEG gekrümmten Kunststoffrohres liegt. 8. Sondenfuss nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffplatte (38) bzw. -lasche einen um diese herumlaufenden Verstärkungsrand (42) aufweist. 9. Sondenfuss nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er aus polymerem Material, vorzugsweise aus Polyolefin und insbesondere aus Hochdruckpolyethylen besteht. 10. Verfahren zur Herstellung des Sondenfusses nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffrohr zunächst extrudiert, ein entsprechend der Gestalt des erwünschten, um 180 DEG gekrümmten Kunststoffrohres ausgebildetes Werkzeug um das Rohr herumgelegt und das Rohr anschliessend aufgeblasen wird.