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Die
Erfindung betrifft eine Wärmetauscherplatte
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Der
Einsatz von Matten aus Kunststoffrohren mit einem Außendurchmesser
bis zu etwa 5 mm für die
Heizung und/oder Kühlung
von Räumen
erfolgte bisher in der Weise, dass Matten mit einer der Breite oder
Tiefe des jeweiligen Raums entsprechenden Länge hergestellt wurden. Diese
konnten wegen ihrer Größe daher üblicherweise
nur gerollt transportiert werden. Zudem mussten sie wegen der unterschiedlichen
Raummaße
individuell für
die einzelnen Bauten hergestellt werden. Die Verarbeitung der gerollten
Matten auf der Baustelle war wegen des Memory-Effekts, der das flache
Auslegen der Matten besonders an Decken erschwert, sehr aufwendig.
Diese Art der Verarbeitung führt
auch dazu, dass die Kunststoffrohre, die erst auf der Baustelle
in eine Putz- oder Estrichschicht eingebettet werden, keine konstanten
Abstände
zu der Wärme
abgebenden oder aufnehmenden Fläche
des Fußbodens,
der Decke oder einer Wand des Raums haben, so dass der Wärmeübertragungswiderstand
zwischen den Kunststoffrohren und der Raumfläche stark schwanken kann. Hierdurch
kann der Wirkungsgrad der Heizung/Kühlung erheblich beeinträchtigt werden.
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Aus
der
DE 41 37 753 A1 ist
bereits ein Verbundplattenelement als Kühl- oder Heizbauplatte für Wand,
Decke oder Fußboden
bekannt, das aus mindestens zwei übereinander liegenden Platten
und zwischen diesen angeordneten Kapillarrohren besteht. Dabei sind
in die erste Platte parallele Nuten mit einem Abstand zwischen 10
und 30 mm und einer Tiefe von mindestens 2 mm eingebracht, in die
die Kapillarrohre eingelegt sind. Auf die mit den Nuten versehene
Oberfläche
der ersten Platte ist eine zweite Platte derart aufgebracht, dass
diese ein Verbundelement bilden. Jedes Verbundelement weist auf mindestens
einer Seite ein Vor- sowie ein Rücklaufrohr
auf, die senkrecht zu den Kapillarrohren verlaufen. Da das Vor-
und Rücklaufrohr
einen erheblich größeren Durchmesser
als die Kapillarrohre haben, besitzt eine der beiden Platten auf
mindestens einer Seite einen Überstand
gegenüber
der anderen Platte, auf dem das Vor- und/oder Rücklaufrohr befestigt ist. Dieses
Verbundplattenelement ist jedoch aufwendig herzustellen, schwer
handhabbar und hat einen begrenzten Wirkungsgrad.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wärmetauscherplatte,
in die eine Wärmetauschermatte
aus mit von einem Heiz- oder Kühlmedium
durchströmbaren
flexiblen Kunststoffrohren mit einem Außendurchmesser von etwa 2 bis 5
mm eingebettet ist, zur Verwendung als Raumbegrenzungsplatte für einen Fußboden,
eine Wand oder eine Decke, zu schaffen, die universell einsetzbar,
fabrikmäßig komplett
herstellbar, einfach transportier- und lagerbar sowie auf der Baustelle
leicht handhabbar ist und einen hohen und für alle Platten gleichen Wirkungsgrad
hat.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
eine Wärmetauscherplatte
mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen
der erfindungsgemäßen Wärmetauscherplatte
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Dadurch,
dass die Kunststoffrohre an den Seitenkanten der Wärmetauscherplatte
enden und jeweils mindestens ein Ende der Kunststoffrohre mit einem
Kupplungsteil zur dichtenden Verbindung mit dem Ende eines in eine
angrenzende Wärmetauscherplatte
eingebetteten Kunststoffrohres versehen ist, können Platten mit für Transport,
Lagerung und Handhabung geeigneten Standardmaßen in beliebiger Kombination
auf der Baustelle zusammengefügt werden,
wobei die dichtende Verbindung zwischen den Kapillarrohren benachbarter
Platten durch Aneinanderlegen und gegenseitiges Fixieren der Platten hergestellt
werden kann.
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Die
Kunststoffrohre reichen vorteilhaft auf der dem Raum zugewandten
Seite der Wärmetauscherplatte
bis an deren Oberfläche
heran. Hierdurch wird der Wärmeübertragungswiderstand
zwischen den Kapillarrohren und der Raumbegrenzungsfläche gering
gehalten. Eine weitere deutliche Steigerung des Wirkungsgrads kann
erhalten werden, wenn die Kunststoffrohre mit einer sich in der
Ebene der Wärmetauscherplatte
erstreckenden wärmeleitenden
Folie verbunden sind, die zweckmäßig auf
der dem Raum zugewandten Oberfläche
der Platte angeordnet ist. Durch den geringen Wärmewiderstand kann erreicht
werden, dass das Heiz- oder Kühlmedium nur
einen Temperaturunterschied von wenigen Grad Celsius gegenüber dem
Raum benötigt.
Hierdurch ist der Einsatz bei temperaturempfindlichen Laminatfußböden unbedenklich.
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Zweckmäßig ist
die wärmeleitende
Folie auch diffusionsdicht und deckt die Platte zumindest auf der
Ober- und der Unterseite
ab, so dass aus Korrosionsschutzgründen eine Sauerstoffdiffusion
in die Kunststoffrohre zumindest weitgehend unterbunden werden kann.
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Das
Kupplungsteil ist vorteilhaft senkrecht zur Seitenkante der Platte
in Längsrichtung
der Kunststoffrohre verschiebbar, so dass beispielsweise bei Auftreten
eines schmalen Spaltes zwischen den benachbarten Platten die Kupplungsteile
von verbundenen Kunststoffrohren ihre dichte Verbindung aufrechterhalten.
Vorzugsweise ist das Kupplungsteil federnd nach außen vorgespannt,
wobei es etwas über die
Seitenkante der Platte vorstehen kann. Die Kupplungsteile können dann
beim Aneinanderlegen der Platte sicher gegenseitig einrasten und
bleiben durch ihre verschiebbare Lagerung auch bei geringfügigen gegenseitigen
Versetzungen der Platten dicht miteinander verbunden.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand von in den Figuren dargestellten
Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
Wärmetauscherplatte
im Schnitt,
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2 eine
Wärmetauscherplatte
im Schnitt, die gleichzeitig als Trittschalldämmung bei einem Laminatfußboden dient.
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3 eine
Wärmetauscherplatte
im Schnitt, die gleichzeitig die Laminatplatte eines Fußbodens bildet,
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4 ein
Kapillarrohrende mit Kupplungsteil in Schnittdarstellung,
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5 jeweils
einen Ausschnitt aus zwei aneinander liegenden Wärmetauscherplatten in der Draufsicht,
wobei jeweils mehrere parallele Kunststoffrohre mit einem gemeinsamen
Kupplungsteil versehen sind,
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6 die
Anordnung nach 5 mit zusätzlicher elektrischer Heizung,
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7 Platten
mit eingebetteten Kapillarrohren und angesetzten Kupplungshälften, wobei
sich die Kupplungshälften
einerseits auf entgegengesetzten Seiten (a) und andererseits auf
derselben Seite (b) der Platte befinden,
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8 eine
aus mehreren Platten bestehende Fläche oder Teilfläche eines
Bodens, einer Decke oder einer Wand,
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9 mehrere
zueinander parallele Kapillarrohre mit jeweils an beiden Enden angesetzten
Kupplungshälften,
und
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10 die
Verbindung zwischen Stammrohren und einer eingebetteten Kapillarrohrmatte
bei einer Fußbodenheizung.
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Die
in 1 gezeigte Wärmetauscherplatte 1 besteht
beispielsweise aus formstabilem Schaumstoff, durch die senkrecht
zur Zeichenebene Kapillarrohre 2 verlaufen. Die Platte 1 hat
eine Dicke von nur etwa 4 mm. Die eingebetteten Kapillarrohre 2 reichen bis
an die obere Oberfläche
der Platte 1 heran, so dass die Aufnahme oder Abgabe von
Wärme durch die
Kapillarrohre 2 durch die Platte hindurch nach oben möglichst
wenig und nach oben möglichst
stark beeinträchtigt
wird. Die Platte 1 ist demgemäß so einzubauen, dass die obere
Seite die dem Raum zugewandte Seite und die untere Seite die dem
Raum abgewandte Seite sind.
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Die
Platte 1 ist auf der oberen Seite mit einer wärmeleitenden
Folie 3 und auf der unteren Seite mit einer wärmeleitenden
Folie 4 belegt. Die Folien 3 und 4 bestehen
vorzugsweise aus Aluminium. Die obere Folie 3 berührt vorzugsweise
die Kapillarrohre 2 und hat den Zweck, die Temperatur an
der Oberseite der Platte 1 möglichst über die gesamte Fläche auf
den gleichen Wert zu bringen. Dies führt zu einer optimalen Wärmeabgabe
in den Raum bzw. optimalen Wärmeaufnahme
aus dem Raum. Die Folie 3 kann geringfügig profiliert sein, um die
Berührungsfläche mit den
Kapillarrohren 2 zu vergrößern.
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Die
aus Aluminium bestehenden Folien 3 und 4 sind
zudem diffusionsdicht, d.h. sie lassen keinen Luftsauerstoff hindurch.
Es ist vorteilhaft, wenn das durch die Kapillarrohre 2 strömende Heiz-
oder Kühlmedium
möglichst
wenig Sauerstoff enthält,
da Sauerstoff korrosionsfördernd
ist. Die Folie 4 hat nur den Zweck, die Sauerstoffdiffusion
zu unterbinden; sie kann daher sehr dünn sein. Die Folie 3 hingegen sollte
stärker
sein, um durch eine gute Wärmeleitung den
gewünschten
Temperaturausgleich zu erzielen. Die Platte 1 kann auch
an den Seitenkanten mit diffusionsdichter Folie belegt sein, um
die Sauerdiffusion innerhalb der Platte 1 vollständig zu
unterbinden.
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Die
Anordnung nach 2 zeigt einen Schnitt durch
einen Fußboden,
dessen oberste Schicht aus Laminatplatten 5 besteht. Unterhalb
der Laminatplatten 5 befindet sich die Wärmetauscherplatte 1,
die zugleich die Funktion einer Trittschalldämmung und gegebenenfalls Dampfbremse
hat. Unter dieser befindet sich beispielsweise eine Estrichschicht 6.
Zwischen Platte 1 und Laminatplatte 5 befindet
sich die die Kapillarrohre 2 berührende wärmeleitende Folie 3.
Zwischen Platte 1 und Estrichschicht 6 kann gegebenenfalls
die Folie 4 angeordnet sein. Die Platten 1 können getrennt
von den Laminatplatten 5 verlegt werden; d.h. es werden
zunächst
die Platten 1 vollständig
und dann auf diesen die Laminatplatten 5 verlegt. Die Wärmetauscherplatten 1 und
die Laminatplatten 5 können
jedoch auch schon werkseitig verbunden und dann als Verbundplatten zur
Baustelle geliefert werden, auf der sie dann als Einheit verlegt
werden.
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Anders
als bei den herkömmlichen
Fußbodenheizungen,
bei denen die Heizrohre unter der Trittschalldämmung liegen, ist bei der gezeigten
Anordnung der Wärmeübergangswiderstand
zur Oberseite der Laminatplatten so gering, dass nur ein relativ
kleiner Temperaturunterschied zwischen Kapillarrohren 2 und
Raum für
eine ausreichende Heizung/Kühlung
benötigt
wird. Eine Schädigung
des Laminatbodens durch zu hohe oder zu niedrige (Kondenswasserbildung)
Temperaturen findet daher nicht statt.
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Wie 3 zeigt,
ist es auch möglich,
die Kapillarrohre 2 direkt in Laminatplatten 7 so
einzubetten, dass sie bis an die Oberseite der Laminatplatten 7 heranreichen.
Die Laminatplatten 7 sind dann mit der wärmeleitenden
Folie 3 abgedeckt und über
dieser befindet sich nur noch eine dünne Dekorfolie 8. Die
Trittschalldämmung 9 ist
in üblicher
Weise ausgebildet. Hier kann der Wärmeübergangswiderstand auf unter
10% von demjenigen herkömmlicher
Fußbodenheizungen
gesenkt werden. Als Laminatplatten können nicht nur die üblichen
HDF-Platten, sondern auch solche aus anderen Materialen wie Gipsfaserwerkstoff
und dergleichen verwendet werden.
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4 zeigt
ein Beispiel für
ein an einem Ende eines Kapillarrohres 2 angebrachtes Kupplungsteil.
Hierbei ist das Kapillarrohr 2 in eine seinen Endbereich 10 umgebende
Halterung 11 gesteckt. Der Endbereich 10 hat einen
gegenüber
dem sonstigen Rohrbereich etwas vergrößerten Außendurchmesser, so dass er
sicher in der Halterung 11 gehalten wird. Die Halterung 11 ragt
etwas über
die Stirnfläche
des Rohres 2 hinaus und hält hierdurch auch eine auf
der Stirnfläche
aufliegende elastische Dichtung in Form eines Dichtungsrings 12.
Durch den vergrößerten Außendurchmesser
des Endbereichs 10 wird eine ausreichende Auflagefläche für den Dichtungsring 12 erhalten.
Der Dichtungsring 12 kann gegebenenfalls auch auf die Stirnfläche des
Rohres 2 geklebt sein.
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Zur
Verbindung beispielsweise zweier in verschiedenen Wärmetauscherplatten 1 verlaufender Kapillarrohre 2 werden
deren Stirnflächen
mit einem oder gegebenenfalls zwei dazwischen liegenden Dichtungsringen 12 durch
Aneinanderlegen der Platten in gegenseitige Anlage gebracht und
die bei jedem Rohr 2 vorgesehenen Halterungen 11 werden so
miteinander verbunden oder gegeneinander gedrückt, dass die Endbereiche 10 der beiden
Rohre 2 einen für
eine sichere Dichtung erforderlichen Druck auf den einen Dichtungsring 12 bzw.
die beiden Dichtungsringe 12 ausüben. Dieser Druck ist nicht
so groß,
dass eine Verformung der Endbereiche 10 eintritt.
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Da
die Stirnflächen
der Endbereiche 10 direkt für die Dichtung verwendet werden
können, braucht
die Halterung 11 selbst keine Dichtungsfunktion zu übernehmen,
sondern sie hat ausschließlich eine
statische Funktion. Damit ist die sonst bei Kunststoff-Fittings übliche,
sehr aufwendige Verzahnung zwischen dem Kunststoff und der Halterung
nicht erforderlich.
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Durch
die beschriebene Ausbildung kann die Verbindung extrem flach gehalten
werden. Sie hat eine Höhenabmessung,
die nur geringfügig über den Außendurchmesser
des Kapillarrohrs 2 hinausgeht. Um die Höhe zu verringern,
kann jedoch der Endbereich 10 so abgeflacht sein, dass
er eine Höhe
hat, die gleich dem oder sogar kleiner als der Rohraußendurchmesser
ist. Der Endbereich 10 wird dann dadurch in der Halterung 11 gehalten,
dass er an den Seiten über
den Rohraußendurchmesser
hinaus vergrößert ist.
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Die
Kapillarrohre 2 können
aus relativ weichem Kunststoffmaterial bestehen, da die gesamte äußere Belastung
auf die Verbindung von der Halterung 11 aufgenommen wird.
Auf das Kapillarrohr 2 selbst wirkt nur der geringe axiale
Dichtungsdruck.
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5 zeigt
Ausschnitte von zwei an jeweils einer Seitenkante aneinander gelegten
Wärmetauscherplatten 1 mit
jeweils sechs eingebetteten, zueinander parallelen Kapillarrohren 2.
Die die Endbereiche der Rohre 2 umgebenden Halterungen
sind jeweils zu einem Kupp lungsteil 13 zusammengefasst. Die
Kupplungsteile 13 sind beispielsweise aufgrund der Elastizität der Kapillarrohre 2 oder
aufgrund einer gleitenden Halterung der Rohrendbereiche 10 in
den Halterungen 11 in Längsrichtung
der Rohre 2 geringfügig
verschiebbar. Durch sich im Innern der Platten 1 abstützende Federn 14 werden
die Kupplungsteile 13, wenn keine Gegenkraft erzeugt wird,
etwas über die
Seitenkanten der Platten 1 hinaus aus diesen herausgedrückt. Wenn
die beiden Platten 1 aneinander gelegt werden, werden die
Kupplungsteile 13 etwas zurückgeschoben und erhalten durch
die Federn 14 einen ausreichenden Dichtungsdruck. Selbst
wenn sich zwischen den Platten 1 ein kleiner Spalt bildet, bleiben
die Kupplungsteile 13 durch ihre Verschiebbarkeit gegenüber den
Platten 1 und durch die Federkräfte dichtend miteinander verbunden.
Die Kupplungsteile 13 können
auch mit Rastmitteln versehen sein, die beim Aneinanderlegen der
Platten 1 miteinander verrasten, so dass die Kupplungsteile 13 auch dann
starr miteinander verbunden bleiben, wenn sich die Platten 1 etwas
auseinander bewegen.
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6 zeigt
die zusätzliche
Möglichkeit
einer elektrischen Heizung, die beispielsweise für kurzzeitige Aufheizphasen
oder für
stärker
zu erwärmende Räume wie
Bäder verwendet
werden kann. Hierzu kann auf die Heizseite der Kapillarrohre eine
elektrische Heizfolie aufgelegt oder aufgeklebt sein. Die elektrischen
Verbindungen zwischen den Wärmetauscherplatten 1 können ebenfalls über die
Kupplungsteile 13 hergestellt werden, die hierzu mit entsprechenden
Steckern und Buchsen versehen sind. Von den Kupplungen 13 sind
elektrische Leitungen 15 zu Anschlüssen 16 der elektrischen
Heizfolien geführt.
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7 zeigt
in Platten 1 eingebettete und parallel zu deren Oberfläche verlaufende
Kapillarrohre 2, wobei bei der Ausbildung nach 7a) die beiden Enden der jeweiligen Kapillarrohre 2 auf
entgegengesetzten Seiten der Platte 1 und bei der Ausbildung nach 7b) auf derselben der Platte 1 münden. Jeweils
mehrere Rohrenden sind zu einem Kupplungsteil 13 zusammengefasst.
Die Platten 1 können
so eine Dicke aufweisen, die den Außendurchmesser der Kapillarrohre 2 nur
geringfügig überschreitet.
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Durch
das Zusammenfassen mehrerer Rohrenden zu einem Kupplungsteil 13 kann
sich ergeben, dass die einzelnen Kapillarrohre 2 in einer
Platte 1 unterschiedliche Längen und damit auch unterschiedliche
Strömungswiderstände haben.
Dies kann zu einer ungleichmäßigen Aufteilung
des Heiz-/Kühlmittelstroms
auf die einzelnen Rohre 2 führen. Um dies zu verhindern,
können
die Rohre 2 unterschiedliche Innendurchmesser – über die
gesamte oder einen Teil ihrer Länge – haben
oder so verlegt werden, dass sie die gleiche Länge haben, beispielsweise durch
die Bildung von Schleifen.
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Die
Platten 1 haben Standardmaße und können für die Ausbildung eines Fußbodens,
einer Decke oder einer Wand, der/die zum Heizen oder Kühlen vorgesehen
ist, beliebig zusammengesetzt werden. 8 zeigt
eine derartige Anordnung. Die Platten 1 haben zwei Standardlängen, damit
nebeneinander liegende Platten 1 in ihrer Längsrichtung
versetzt zueinander angeordnet werden können. Es werden sowohl Platten
nach 7a) als auch solche nach 7b) verwendet. Da die Stammrohre 17 für die Zu-
und Abführung
des Heiz- oder Kühlmediums auf
derselben, nämlichen
der linken Seite in 8 liegen, müssen die auf der rechten Seite
angeordneten Platten wie in 7b) gezeigt ausgebildet
sein, d.h. das in sie eingebetteten Kapillarrohre 2 werden auf
der rechten Seite um 180° umgelenkt,
so dass die Verbindungen für
die Zu- und Abführung
des Mediums auf derselben, d.h. der linken Plattenseite liegen.
In 8 sind aus Gründen
der Übersichtlichkeit nur
zwei Kapillarrohre 2 bzw. nur ein vor- und zurückgeführtes Kapillarrohr 2 in
jeder Platte 1 gezeigt. Es ist jedoch selbstverständlich,
dass diese wie in 7 dargestellt, beispielsweise 6 oder
eine andere, von der Breite der Platten 1 abhängige Anzahl
von Rohren 2 enthalten können.
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Die
Platten 1 können
wie Laminatplatten verlegt werden. Sie werden längsseitig ineinander geklickt
und anschließend
stirnseitig zusammengesteckt, wobei eine dichte Verbindung der aneinander liegenden
Kupplungsteile 13 zweier in Längsrichtung benachbarter Platten 1 erfolgt.
Zwischen den Stammrohren 17, die an ihrer zylindrischen
Außenfläche ebenfalls
mit den Kupplungsteilen 13 entsprechenden Kupplungsteilen
versehen sein können,
und den Kupplungsteilen 13 an der jeweils linken Stirnseite
der links angeordneten Platten 1 ist eine flexible Verbindungsvorrichtung 18 vorgesehen,
die wie in 9 dargestellt, ausgebildet ist.
Die Platten können zugleich
als Trittschalldämmung
und/oder Dampfbremse dienen.
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In 9 sind
mehrere parallel verlaufende, flexible Kapillarrohre 2 zu
einem flachen Band zusammengefasst, an dessen beiden Enden Kupplungshälften 13 vorgesehen
sind. Da die beiden Kupplungshälften 13 beliebig
gegeneinander beweglich sind, kann die Vorrichtung nach 9 zum
Verbinden von Kapillarrohren 2 verwendet werden, deren
Stirnflächen
nicht in gegenseitige Anlage gebracht werden können.
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10 zeigt
beispielhaft die konkrete Ausbildung der Verbindung zwischen den
Stammrohren 17 und den Kupplungen für den Anschluss der Kapillarrohre 2 bei
einer Fußbodenheizung.
Die Stammrohre 17 befinden sich hinter einer Fußbodenleiste 19,
die den Übergang
zwischen dem Estrich 20 des Fußbodens und einer Raumwand 21 abdeckt.
Die Kapillarrohre 2 verlaufen in der auf den Estrich 20 aufgelegten
Platte 1. Über
dieser ist ein Laminatboden 22 angeordnet. Die Platte 1 kann
bei einem Außendurchmesser
der Kapillarrohre von 3 mm eine Dicke von weniger als 4 mm haben.
Durch die flexible Verbindungsvorrichtung 18, deren Kapillarrohre
an beiden Enden in die Kupplungsteile 13 übergehen,
können die
Stammrohre 17 so angeordnet werden, dass die normale Form
der Fußbodenleiste 19 beibehalten werden
kann. Da die Verbindungsvorrichtung 18 nur so flach ist
wie der Außendurchmesser
der Kapillarrohre 2, kann sie problemlos von dem oberen Stammrohr 17 aus
an dem unteren Stammrohr 17 vorbeigeführt werden, ohne dass die Breite
der Fußbodenleiste 19 merkbar
vergrößert werden
muss. Auch wird die Montage der Fußbodenheizung durch die Verwendung
der Steckkupplungen wesentlich vereinfacht.