DE102009049941A1 - Rohrstück und daraus gebildete Kapillarrohrmatte - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Rohrstück, umfassend ein Hauptrohr mit einem ersten Durchmesser und mindestens einem vom Hauptrohr winklig abzweigenden Abgang mit einem gegenüber dem ersten Durchmesser kleineren Durchmesser, wobei das Rohrstück und der mindestens eine Abgang einstückig aus einem Kunststoffmaterial hergestellt sind und am freien Ende des mindestens einen Abgangs ein Anschlussbereich für ein anschließbares Kapillarrohr ausgebildet ist. Es wird ferner auch eine Kapillarrohrmatte, gebildet aus Rohrstücken und an die Abgänge angeschlossenen Kapillarrohren angegeben.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Rohrstück, umfassend ein Hauptrohr mit einem ersten Durchmesser und mindestens einem vom Hauptrohr winklig abzweigenden Abgang mit einem gegenüber dem ersten Durchmesser kleineren Durchmesser. Die Erfindung betrifft ferner Kapillarrohrmatten, die aus derartigen Rohrstücken unter Hinzunahme von an die Rohrstücke anschließbaren Kapillarrohren gebildet werden.
- Kapillarrohrmatten werden zum Zwecke des Wärmetausches zwischen einem durch die Kapillarrohrmatten geleiteten Fluid und der Umgebung verwendet, etwa um im Rahmen einer Gebäudeheizung Wärme abzugeben oder Kälte zu erzeugen oder aber z. B. in einer Wärmepumpenanwendung Erdwärme aufzunehmen und an das durchgeleitete Fluid abzugeben.
- Bei den bisher bekannten Kapillarrohrmatten werden Rohrstücke verwendet, bei denen zunächst in ein sich entlang einer Achse erstreckendes Hauptrohr die Kapillarrohre z. B. mittels beweglichen Dornen oder überziehenden Erweiterungen nach Erwärmung eingebracht werden, so dass das Kapillarrohr selbst den winklig abzweigenden Abgang vom Hauptrohr bildet. Problematisch ist hierbei, dass der Übergangsquerschnitt zwischen dem den Abgang bildenden Kapillarrohr und dem Hauptrohr nicht als formtechnisch feste Größe gestaltet ist und die Verbindung leidet an einer hohen Empfindlichkeit für Knicken und Brechen an eben diesem Übergang zwischen dem Kapillarrohr und der üblicherweise geschweißten Fügestelle zum Hauptrohr. Die beim Schweißen notwendi ge Erwärmung und Anschmelzung der Schweißzone führt darüber hinaus zu Verengungen oder Erweiterungen oder stufigen Übergängen, die alle einen negativen Einfluss auf den Druckverlauf ausweisen, so dass der Druckverlust in einer derartigen Kapillarmatte signifikant höher wird als bei einer im Rohrsystem ungehindert strömenden Flüssigkeit.
- Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Rohrstück der eingangs genannten Art vorzuschlagen, welches sich insbesondere zur Ausbildung von Kapillarrohrmatten eignet und bei einfachster Herstellung die Nachteile des Standes der Technik umgeht.
- Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Rohrstück gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen.
- Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
- Der erfindungsgemäße Vorschlag sieht vor, dass das Rohrstück mit dem mindestens einen Abgang einstückig aus einem Kunststoffmaterial, vorzugsweise im Spritzgussverfahren hergestellt ist und am freien Ende des mindestens einen Abgangs ein Anschlussbereich für ein anschließbares Kapillarrohr ausgebildet ist.
- Erfindungsgemäß erfolgt somit die Anformung der Abgänge für den Anschluss der Kapillarrohre einstückig mit dem Hauptrohr, so dass die bisher durch die Fügeverfahren bedingten Absetzungen, Verengungen oder Erweiterungen ebenso ausgeschlossen werden wie die bislang vorhandene hohe Bruchempfindlichkeit.
- Erfindungsgemäß wird das Hauptrohr mit mindestens einem winkligen Abgang einstückig vorgefertigt, z. B. im Spritzgussverfahren, so dass an den mindestens einen Abgang das entsprechende Kapillarrohr angesetzt und durch ein geeignetes Fügeverfahren, wie Kleben, Pressen oder Schweißen angefügt werden kann. Von den Fügeverfahren ist das Verschweißen für diesen Arbeitsschritt besonders bevorzugt.
- Nach einem Vorschlag der Erfindung ist der Anschlussbereich gegenüber dem Durchmesser des Abganges stufenförmig erweitert, und zwar entsprechend dem Durchmes ser des anschließbaren Kapillarrohres, so dass dieses in die stufenförmige Erweiterung eingesteckt und dort befestigt, z. B. verschweißt werden kann. Bei einer solchen Anordnung setzt sich der Durchmesser des Abgangs sodann aufgrund der stufenförmigen Erweiterung ohne Querschnittsveränderung im Kapillarrohr fort. Hierdurch werden Druckverluste im System vermieden.
- Der mindestens eine Abgang des erfindungsgemäßen Rohrstückes schließt mit der Achse des Hauptrohres nach einem Vorschlag der Erfindung einen Winkel von 45° bis 90° ein, wobei ein Winkel von 90° bevorzugt wird. Auf diese Weise wird ein Übergang vom Hauptrohr in den Abgang und das sich daran anschließende einsteckbare Kapillarrohr definiert und wiederholgenau gestaltet, insbesondere wenn das Rohrstück in einer Spritzgussform geformt wird. Der Übergang vom angeformten Abgang des Hauptrohres zu den Kapillarrohren erfolgt damit erst nach dem radialwinkligen Abgang vom Hauptrohr und ist vorzugsweise als durchmessergleicher Übergang gestaltet, so dass strömungsbeeinflussende Querschnittsveränderungen ausgeschlossen sind.
- Unter Verwendung des erfindungsgemäßen Rohrstückes wird somit bei gleichem Förderdruck am Einlauf des Hauptrohres eine wesentlich höhere Umlaufgeschwindigkeit der durchgeleiteten Flüssigkeit erreicht, oder aber es kann mit geringerem Energieaufwand, d. h. geringerer Pumpenleistung, die gleiche Heiz-/Kühlübertragung erreicht werden.
- Vorzugsweise weist das erfindungsgemäße Rohrstück mehr als einen winklig abzweigenden Abgang vom Hauptrohr auf, wobei sämtliche Abgänge bevorzugt in einer gleichen Ebene liegen. Für den Zweck der Ausbildung von Kapillarrohrmatten hat es sich als geeignet erwiesen, wenn benachbarte Abgänge einen Achsabstand von 10 bis 40 mm aufweisen. Es versteht sich, dass sämtliche Abgänge gleiche oder auch unterschiedliche Abstände voneinander aufweisen können.
- Das Hauptrohr des erfindungsgemäßen Rohrstückes kann nach einem Vorschlag der Erfindung einen Durchmesser von 10 bis 75 mm aufweisen und der mindestens eine Abgang einen Durchmesser von 3 bis 6 mm aufweisen. Die Erfindung ist jedoch auf derartige Abmessungen nicht beschränkt.
- Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung ist das Hauptrohr endseitig mit Anschlussmuffen zum Verbinden mit weiteren Hauptrohren ausgerüstet. Es ist somit möglich, durch simples Ineinanderstecken und ggf. Fügen mittels Schweißen, Kleben oder anderen geeigneten Verfahren aus einzelnen Rohrstücken, die z. B. im Spritzgussverfahren hochrationell gefertigt werden können, Kapillarrohrmatten nahezu beliebiger Größe herzustellen, wenn an die Abgänge der einzelnen Rohrstücke sodann entsprechende Kapillarrohre angeschlossen werden.
- Nach einem Vorschlag der Erfindung können hierbei sämtliche Hauptrohre und insbesondere die Anordnung und Anzahl der Abgänge übereinstimmend ausgeführt sein oder aber auch Hauptrohre mit unterschiedlicher Abgangsgeometrie und -anzahl aneinandergefügt werden, so dass in sehr einfacher Weise projektspezifische Kapillarrohrmatten mit nicht stets gleichförmiger Abgangsgeometrie erzeugt werden können. Dies ist z. B. für lokal besondere Anforderungen an eine Heiz-/Kühlgeometrie oder bei besonderen Verlegeanforderungen durch räumliche Besonderheiten von besonderem Vorteil.
- Aufgrund der erfindungsgemäß vorgesehenen einstückigen Herstellung des Rohrstückes, insbesondere im Spritzgussverfahren, werden die bisher im Stand der Technik erforderlichen Zuhilfenahmen von ein- und ausfahrbaren Dornen zum Ausbilden der Verbindung zwischen den Kapillarrohren und der Hauptrohre vermieden. Bislang mussten nämlich die Hauptrohre bedeutend größer, z. B. mindestens 20 mm gewählt werden als dies aus hydraulischen Gründen erforderlich wäre. Beim Einschweißen von Kapillarrohren in die Hauptrohre, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, ist es ferner nicht kontrollierbar, ob der beim Verschweißen erweichte Kunststoff etwa nach innen in den Durchmesser des Hauptrohres ausweicht und damit die Strömungsquerschnitte partiell unzulässig verändert und sich negativ auf die im Hauptrohr fließende Strömung auswirkt und einen Druckverlust erzeugt. Alle diese Nachteile werden bei der reproduzierbaren und hoch genauen Fertigung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Rohrstücke mit einstückig angeformten Abgängen vermieden.
- Auf diese Weise wird es auch möglich, die Hauptrohre mit gegenüber dem Stand der Technik deutlich verringertem Durchmesser auszubilden, der keine Sicherheitszuschläge mehr benötigt, sondern ausschließlich noch durch den Volumenstrom des zu trans portierenden Heiz- oder Kühlmediums bestimmt wird. Auch werden die bislang an den Hauptrohren auftretenden Formveränderungen, Wandstärkenveränderungen oder Spannungsrissbildungen z. B. beim Verschweißen vermieden, wodurch die Sicherheit der aus den erfindungsgemäßen Rohrstücken hergestellten Kapillarrohrmatten bedeutend gesteigert wird. Gerade im Übergangsbereich von Hauptrohr zum Abgang kann im erfindungsgemäßen Vorschlag durch die Formgestaltung und Wahl optimaler Radien eine bevorzugte Festigkeit erreicht werden und das Rohrstück wird damit auch widerstandsfähiger gegenüber den mechanischen Beanspruchungen im Betrieb.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand der ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung in weiteren Einzelheiten erläutert. Es zeigen:
-
1 in ausschnittsweiser Darstellung eine Kapillarrohrmatte, gebildet aus erfindungsgemäßen Rohrstücken; -
2 die Einzelheit X gemäß1 in vergrößertem Maßstab. - In der
1 ist eine Kapillarrohrmatte dargestellt, die beispielsweise zur Gebäudebeheizung in eine Wand oder Fußbodenfläche eingearbeitet werden kann. Die Kapillarrohrmatte besteht aus einer Vielzahl von miteinander verbundenen Rohrstücken1 , durch die ein Fluid, beispielsweise Heizwasser und/oder Kühlwasser geleitet wird. - Jedes der Rohrstücke
1 weist entlang des Verlaufs der Längsachse A eine Vielzahl von hier unter einem Winkel β zur Achse A abgehenden Abgängen11 auf, die alle in einer gemeinsamen Ebene liegen und wobei benachbarte Abgänge11 einen Abstand B von beispielsweise 10 bis 40 mm voneinander aufweisen. Die Abgänge11 kommunizieren mit dem Innenraum des Hauptrohres10 des Rohrstückes1 , so dass eine durch das Hauptrohr10 des Rohrstückes1 geleitete Flüssigkeit auch in die Abgänge11 einströmen kann. - Am freien Ende
110 eines jeden Abganges11 der Rohrstücke1 ist ein Anschlussbereich111 ausgebildet, der in der2 vergrößert dargestellt ersichtlich ist. In diesen Anschlussbereich111 ist jeweils ein Kapillarrohr2 mit einem Durchmesser d3 eingesteckt und beispielsweise verschweißt, was nachfolgend noch näher erläutert wird. - Wesentliches Merkmal der zur Ausbildung der Kapillarrohrmatte verwendeten Rohrstücke
1 ist es, dass diese einstückig z. B. im Spritzgussverfahren aus einem geeigneten Kunststoffmaterial hergestellt sind, d. h. das Hauptrohr10 sowie die integral angeformten Abgänge11 werden in einem Stück beispielsweise im Spritzgussverfahren ausgeformt, so dass höchste Maßhaltigkeit und Festigkeit der Rohrstücke1 gewährleistet sind. - Endseitig weist das Hauptrohr
10 des Rohrstückes1 eine stufenförmig erweiterte Anschlussmuffe100 auf, während am gegenüberliegenden Ende ein dem Durchmesser der stufenförmig erweiterten Anschlussmuffe100 entsprechender zylindrischer Einsteckbereich101 vorgesehen ist, so dass eine Mehrzahl derartiger Rohrstücke1 jeweils endseitig ineinander gesteckt und durch ein geeignetes Verfahren, z. B. Kleben oder Schweißen dicht miteinander verbunden werden können, ohne dass es zu Querschnittsveränderungen im Innern des Hauptrohres10 kommt. - Auch die Anschlüsse der Kapillarrohre
2 an die Abgänge11 des Rohrstückes1 sind so ausgeführt, dass Querschnittsveränderungen, die zu Strömungsverlusten führen können, vermieden werden. Zu diesem Zweck ist der Anschlussbereich111 der Abgänge11 gegenüber dem Durchmesser d2 des Abgangs11 stufenförmig entsprechend des Durchmessers d3 des anschließbaren Kapillarrohres2 erweitert, so dass das Kapillarrohr2 in den stufenförmig erweiterten Anschlussbereich111 des Abgangs11 eingesteckt und dort beispielsweise verschweißt werden kann, wie aus2 ersichtlich. - Somit ist es möglich, eine Kapillarrohrmatte der aus der
1 ersichtlichen Konfiguration zu erstellen, wobei eine Vielzahl von Kapillarrohren an eine entsprechende Vielzahl von ineinander gesteckten Rohrstücken1 angeschlossen werden. Bevorzugt erfolgt dies symmetrisch in Bezug auf eine mit M angedeutete Mittelachse, so dass beispielsweise die auf der rechten Zeichnungsseite ersichtlichen Rohrstücke1 der Zuführung des Mediums in die Kapillarrohre2 und die beispielsweise auf der linken Seite ersichtlichen Rohrstücke1 der Abführung des aus den Kapillarrohren2 rückströmenden Mediums in einem geschlossenen Kreislauf dienen. - Es versteht sich, dass die Art und Anzahl der Abgänge an den einzelnen Rohrstücken
1 gleich oder unterschiedlich ausgeführt sein können, so dass nach Art eines modularen Systems Kapillarrohrmatten nahezu beliebiger Konfiguration in Anpassung an bauliche oder funktionale Gegebenheiten auf einfache Weise erstellt werden können. Hierbei gewährleisten die an das Hauptrohr10 integral angeformten Abgänge höchste Maßhaltigkeit und Dichtigkeit bei geringsten Strömungsverlusten und der Anschluss der Kapillarrohre2 an die Anschlussbereiche der Abgänge gestaltet sich äußerst einfach.
Claims (10)
- Rohrstück (
1 ), umfassend ein Hauptrohr (10 ) mit einem ersten Durchmesser (d1) und mindestens einem vom Hauptrohr (10 ) winklig abzweigenden Abgang (11 ) mit einem gegenüber dem ersten Durchmesser (d1) kleineren Durchmesser (d2), dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrstück (1 ) und der mindestens eine Abgang (11 ) einstückig aus einem Kunststoffmaterial hergestellt sind und am freien Ende (110 ) des mindestens einen Abgangs (11 ) ein Anschlussbereich (111 ) für ein anschließbares Kapillarrohr (2 ) ausgebildet ist. - Rohrstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussbereich (
111 ) gegenüber dem Durchmesser (d2) des Abgangs (11 ) stufenförmig entsprechend dem Durchmesser (d3) des anschließbaren Kapillarrohres (2 ) erweitert ist. - Rohrstück nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kapillarrohr (
2 ) mit dem Anschlussbereich (111 ) verschweißbar ist. - Rohrstück nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Abgang (
111 ) mit der Achse (A) des Hauptrohres (10 ) einen Winkel (β) von 45° bis 90° einschließt. - Rohrstück nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Abgänge (
11 ) einen Achsabstand (B) von 10 bis 40 mm voneinander aufweisen. - Rohrstück nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptrohr (
10 ) einen Durchmesser (d1) von 10 bis 75 mm aufweist. - Rohrstück nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Abgang (
11 ) einen Durchmesser (d2) von 3 bis 6 mm auf weist. - Rohrstück nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptrohr (
10 ) endseitig mit Anschlussmuffen zum Verbinden mit weiteren Hauptrohren (10 ) ausgerüstet ist. - Rohrstück nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es im Spritzgussverfahren hergestellt ist.
- Kapillarrohrmatte, gebildet aus Rohrstücken (
1 ) und an die Abgänge (11 ) angeschlossenen Kapillarrohren (2 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9.
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