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Die Erfindung betrifft eine Zentriervorrichtung für einen Verpressschlauch, der mittig zwischen zwei Paaren von Erdsonden, ein Rohrbündel bildend, angeordnet ist.
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Ein solches Zentrierelement ist aus der
DE 10 2007 018 979 B3 bekannt. Diese bekannte Einrichtung weist einen Abstandshalter zur achsparallelen Fixierung mehrerer Erdwärmesonden auf, die in einer Erdbohrung anzuordnen sind.
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Die Zentrierwirkung wird dadurch erreicht, dass die Sondenrohre halbkreisförmig von einem Formteil umgriffen sind, welches Abstandselemente aufweist, die sternförmig nach außen weisen. Diese nach außen weisenden Abstandselemente sind fest mit dem Formteil verbunden und somit nicht in der Lage bei Unregelmäßigkeiten von Bohrlochquerschnitten, diesen auszuweichen. Durch diese unelastische Anordnung ist ein Einbringen eines Rohrbündels in ein Bohrloch außerordentlich schwierig und erfordert mitunter ein mehrmaliges nach oben Ziehen des Rohrbündels, um es in das Bohrloch einzubringen. Durch die starre Verbindung der nach außen weisenden Flügel kommt es häufig vor, dass das Einbringen des Rohrbündels gänzlich unmöglich wird, was dann dazu führt, dass eine solche Zentriervorrichtung nicht vorhanden ist.
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Das Zentrieren des Verpressschlauches mit den angeordneten Sondenrohren bei dieser bekannten Vorrichtung, erfolgt demzufolge indirekt über die Zentrierung der Rohrsonden.
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Aus der
DE 10 2007 017 078 B3 ist ein Zentrierelement für Rohrpaare von Erdwärmesonden bekannt, das von außen auf die Sondenrohre aufgepresst wird.
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Dabei ergeben sich kantige Überstände, die ein Einbringen eines Rohrbündels nahezu unmöglich macht, sofern das Rohrbündel auf unterschiedliche Bohrlochquerschnitte trifft.
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Eine Zentrierung ist demzufolge nur unter erheblichem Aufwand – wenn überhaupt – möglich.
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Schließlich ist es aus der
USPS 2,845,128 bekannt eine Zentriervorrichtung für ein Einzelrohr in einem Aufnahmerohr dadurch zu schaffen, dass zwischen den Endbereichen eines rohrförmigen, das zu zentrierende Rohr umfassenden Teiles nach außen bauchende Flügel angeordnet sind, die die Innenwandung des aufnehmenden Rohres berühren und damit das Einzelrohr zentrieren.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Zentriervorrichtung zu schaffen, welche als vormontiertes Teil auf dem Verpressschlauch befestigbar ist, und welche zusammen mit den ein Rohrbündel bildenden Sondenrohren äußerst einfach und nahezu störungsfrei in ein Bohrloch einbringbar ist. Außerdem soll eine hermetisch dichte Verpressung des Rohrbündels erfolgen.
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Dies erreicht die Erfindung mit den Maßnahmen, wie sie im Kennzeichen des Anspruches 1 aufgeführt sind.
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In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung aufgezeigt.
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Unter dem Begriff des Verpressschlauches, der mittig zwischen zwei Rohrpaaren, ein Rohrbündel bildend angeordnet ist, ist ein Rohr zu verstehen, durch das nach erfolgtem Einbringen der Erdsonden in ein Bohrloch von oben unter hohem Druck ein Verfüllmaterial, ähnlich einer Betonmischung, in dasselbe eingebracht wird, welches am unteren Ende des Verpressschlauches austritt und von unten nach oben fortschreitend den Raum zwischen Rohrbündel und Erdlochbohrung ausfüllt.
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Das Verfüllen des Raumes zwischen Rohrbündel und Bohrloch dient einerseits dazu, Querverbindungen unterschiedlicher Grundwasserstockwerke zu vermeiden und außerdem soll die Verfüllung als Wärmeleiter zwischen Erdreich und Rohrsonden dienen.
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Zentriervorrichtungen werden zunehmend durch Umweltämter zur Qualitätssicherung von Erdwärmesonden verlangt. Grund dafür ist die Befürchtung, dass zwischen Sondenrohr, dieses besteht in aller Regel aus Polyethylen (PE) und der Verpresssuspension aus Zement-Bentonid – Gemisch Wasserwegsamkeiten entstehen können, wenn das Rohr nicht vollständig von dem Verpressmaterial umschlossen ist und die Bohrlochwandung berührt. Diese Befürchtung wird dadurch erklärt, dass PE hydrophob ist und damit keine feste Verbindung mit dem Verpressmaterial eingeht. Somit entstehen Haarspalte am Sondenrohr, und Wasser, insbesondere bei Betrachtung über längere Zeiträume, kann einen Weg zwischen Rohr und Verpressmaterial schaffen, was unbedingt zu vermeiden ist.
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Bei genauer Analyse der bestehenden Lösungen für Zentriervorrichtungen, kann nicht einmal davon ausgegangen werden, dass das befürchtete Problem damit vollständig ausgeschlossen ist, denn die Zentrierhalter bestehen alle auch aus hydrophoben Materialien, die zu demselben Problem führen, also auch dann, wenn sie bestimmungsgemäß an der Bohrlochwandung anliegen.
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Das Wesen dieser Erfindung liegt in der Erkenntnis, dass der hohe Druck des Verfüllmaterials während des Verfüllens dazu ausgenutzt werden kann, dass Hohlkörper, die mit dem Inneren des Verpressschlauches strömungsmäßig in Verbindung stehen, durch den hydraulischen Druck des Verpressmaterials aufgebläht werden, und somit eine Zentrierposition einnehmen, die den Verpressschlauch und die an ihm befestigten Rohrsonden zentrieren.
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Die Hohlkörper selbst sind an dem dem Verpressschlauch gegenüberliegenden Ende verschlossen und die Länge der Hohlkörper im aufgeblähtem Zustand ist so bemessen, dass sie senkrecht von dem Verpressschlauch abstehend unter Einbeziehung des Verpressschlauchdurchmessers bzw. der auf dem Verpressschlauch angeordneten, unten noch näher beschriebenen Montageformkörper für die Hohlkörper in ihrer Zentrierposition gerade noch an die Wandung des Bohrloches reichen.
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Die Hohlkörper selbst können an einem muffenartigen Zwischenstück montiert sein, welches im Abstand von ca. 3–5 Metern in den Verpressschlauch z. B. durch Klebung eingefügt sind.
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Sie können aber auch an einzelnen, in den Verpressschlauch einschraubbaren Stutzen angeordnet sein, die in den Verpressschlauch ebenfalls im Abstand von 3–5 Metern eingeschraubt sind.
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In Weiterführung dieses Vorschlages können die Hohlkörper einen verdickten, mit rundumlaufender Außennut versehenen Montagebereich aufweisen, sodass sie auch ohne Stutzen, also mit dem stabilen Montagebereich direkt in einer Öffnung des Verpressschlauches montierbar sind. Zur Montage der Hohlkörper werden diese mit ihrem Montagebereich von außen in die Öffnung gedrückt, sodass sich diese in die Außennut legt, und zur dauerhaften Fixierung kann eine von innen in die Öffnung des Montagebereiches drückbare, konische Hülse dienen, die den Hohlkörper gegen den Rand der Öffnung presst. Dabei erweist es sich als besonders vorteilhaft, wenn die Hohlkörper aus einem hochfestem Gewebe bestehen und die Verdickung des Montagebereiches im Webverfahren mitgewebt wird. Zusätzlich kann dieser Bereich mit einer Gummierung verstärkt sein. Die konische Hülse kann einer Weiterbildung der Erfindung noch mit einer Rückschlagklappe ausgestattet sein, die beim Herstellen der Hülse im Spritzgiessverfahren mitgespritzt wird. Auf die Funktion der Rückschlagklappe, die wie ein Rückschlagventil wirkt, wird unten noch näher eingegangen.
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Es ist aber auch denkbar, um den Verpressschlauch herum eine Muffe anzubringen, die innen strömungsmäßig mit dem Inneren des Verpressschlauches in Verbindung steht, der in diesem Bereich wenigsten ein Öffnung aufweist und welche sternförmig nach außen weisende Anschlussstutzen aufweist, auf denen die Hohlkörper befestigt sind.
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Schließlich kann einem weiteren Vorschlag der Erfindung zufolge das Gebilde aus Hohlkörpern und Verbindungselement mit dem Verpressschlauch insgesamt elastisch, z. B. als integrales Webteil ausgebildet sein, welches um den Verpressschlauch herum anzuordnen ist und welches stömungsmäßig mit dem Inneren des Verpressschlauches in Verbindung steht.
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In allen vorgenannten Beispielen, die die Erfindung charakterisieren, wird die Zentrierfunktion dadurch erreicht, dass das Verfüllmaterial, welches unter hohem Druck durch den Verpressschlauch gedrückt wird, auch an diese zentrierenden Hohlkörper gelangt, und diese hydraulisch in Längsrichtung aufbläht, sodass sie senkrecht vom Verpressschlauch abstehen.
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Von besonderem Vorteil bei diesen Zentriervorrichtungen ist es, dass diese bereits in einer Vormontagephase auf die Verpressschläuche bzw. an die Verpressschläuche anbringbar sind, so dass diese, wenn sie an den Montageort angeliefert werden, bereits die Zentriervorrichtungen mit den im erschlafften Zustand befindlichen Hohlkörpern aufweisen, welche problemlos auf Transportrollen aufgewickelt und mit diesen transportiert werden können.
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Besonders günstig ist es, wenn die Hohlkörper aus einem hochfesten Gewebe bestehen.
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Dabei ist es keineswegs unbedingt notwendig, dass die Hohlkörper absolut flüssigkeitsdicht sind, denn ein marginales Austreten von Verfüllmaterial aus den Hohlkörpern während des Aufblähens ist unproblematisch, denn der Bereich um diese Hohlkörper herum, wird ja ohnehin von dem Verfüllmaterial aufgefüllt. Außerdem begünstigt ein leichtes Durchsickern des Verpressmaterials die innige Vermischung mit demselben während des Auffüllens.
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Um zu vermeiden, dass Verfüllmaterial nach erfolgtem Verfüllen und damit nach Fortbleiben des Verpressdruckes aus den Hohlkörpern wieder in Richtung Verpressschlauch zurückgedrückt und die Zentrierwirkung aufgehoben wird, kann dadurch erreicht werden, dass im Eintrittsbereich der Hohlkörper, bzw. der dieselben aufnehmenden Stutzen, Rückschlagventile angeordnet sind, die beim Herstellen der Stutzen mitgefertigt werden können, z. B. im Spritzgießverfahren.
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Das Gewebe der Hohlkörper wird im Gegensatz zu Kunststoffen, wie Polyethylen, eine deutlich bessere Verbindung mit dem Verpressmaterial eingehen und so die Gefahr der Bildung von Wasserwegsamkeiten erheblich reduzieren, wenn nicht gar völlig ausschließen und so neben den geschilderten Einbauvorteilen den eigentlichen Zweck der Zentrierhalter – nämlich das Verhindern von Kurzschlüssen zwischen einzelnen Grundwasserstockwerken – erfüllen.
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Anhand verschiedener Figuren soll der Gegenstand der Erfindung beispielhaft erläutert werden.
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Dabei zeigen:
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1 einen Rohrabschnitt eines Verpressschlauches mit zwischengeschalteter Muffe und mehreren aufgeblähten und einem nicht aufgeblähten Hohlkörpern,
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2 das in 1 gezeigte Element mit den zugehörigen Rohsonden schematisch, in einem Bohrloch angeordnet i.
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3 einen Detailschnitt durch einen Anschlussstutzen mit angeordnetem Hohlkörpern
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3a eine Detaildarstellung eines direkt in dem Verpressschlauch montierten Hohlkörper
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4 einen mit Gewinde versehenden Einschraubstutzen mit angeordnetem Hohlkörpern
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5 eine um den Verpressschlauch herumgelegte Muffe mit angeordneten Anschlussstutzen und an diesen montierten Hohlkörpern.
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6 und 7 eine Muffe mit angeordneten Schläuchen als Einzelteil, einstückig gewebt.
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In 1 ist mit 1 der Verpressschlauch gezeigt, der in zwei Öffnungen 2 und 3 einer Muffe 4 eingeklebt ist. Die Muffe 4 weist Anschlussstutzen 9 (2) auf, auf denen aus einem hochfestem Gewebe bestehende Hohlkörper 5, 6, 7, und 8 befestigt sind. Die Befestigung selbst erfolgt dadurch, dass ein Spannring 10 auf den Anschlussbereich der Hohlkörper gesetzt wird, der denselben in eine umlaufende Vertiefung 11 des Anschlussstutzens 9 drückt und damit ein Lösen sicher vermeidet. Diese Art von Schlauchbefestigung ist hinreichend z. B. in der Automobiltechnik vorbekannt.
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In 2 ist schematisch die Zentriervorrichtung mit den Rohrsonden 12, 13, 14, und 15 gezeigt. Die Rohrsonden sind in den Räumen zwischen den Rohrstutzen der Zentriervorrichtung angeordnet und in dieser Position mittels eines Spannbandes 16 fixiert. Das Spannband kann beispielsweise ein Kabelhalteband mit oder ohne Klettverschluss 17 sein. Das Bohrloch selbst ist hier mit Position 18 gekennzeichnet, welches sich im Erdreich 19 befindet.
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In 3 ist der Anschlussstutzen 9 näher gezeigt, der den Hohlkörper 5 aufnimmt. Es ist ferner der Spannring 10 dargestellt, der den Montagebereich des Hohlkörpers 5 in die Vertiefung 11 des Anschlussstutzens 9 drückt.
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Um zu verhindern, dass Verfüllmaterial, welches während des Verpressvorganges in den Hohlkörper eingetreten ist, wieder aus demselben in den Verpressschlauch zurückgedrückt wird, was ja dann zu einer Deaktivierung des Zentrierens führen würde, ist ein Rückschlagventil 20 vorgesehen, das z. B. im Spritzgießverfahren beim Herstellen der Anschlussstutzen mithergestellt werden kann.
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In 3a ist eine besonders zweckmäßige Variante der Erfindung gezeigt. Im Montagebereich eines aus Gewebe gefertigten Hohlkörpers ist dieser besonders verstärkt gewebt. Zusätzlich zu der verstärkenden Webart sind nach außen weisende, ringförmige Wulste 31 angeordnet, zwischen denen sich eine nutenartige Vertiefung ergibt. Zum Montieren des Hohlkörpers wird dieser mit seinem Montagebereich in eine Öffnung des Verpressschlauches soweit hineingedrückt, dass sich die Wandung des Verpressschlauches in die Nut 3 legt. Eine konische Hülse 32 wird von außen über das Gewebe in den inneren Bereich des Montagebereiches gepresst, sodass sich ein absolut sicherer Sitz ergibt. Versuche haben gezeigt, dass das Gewebe des Hohlkörpers eher reißt, als dass sich derselbe aus seinem Sitz löst. Hierbei wirkt sich eine Gummierung in diesem Bereich als besonders positiv aus.
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Die Hülse 32 weist einem weiteren Vorschlag der Erfindung zur Folge eine Klappe 20 auf, die als Rückschlagventil für ev. zurückdrückendes Verfüllmaterial wirkt, sofern der Verpressvorgang beendet ist und damit der Druck fehlt.
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Statt eines Muffenteils, was in Rohrabschnitten des Verpressschlauches angeordnet ist, können auch Einzelstutzen 22 verwendet werden, die ein Gewinde 23 aufweisen, mit denen sie selbstschneidend in Öffnungen des Verpressschlauches 1 eingeschraubt werden, wie in 4 gezeigt.
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Auch hier werden die Hohlkörper 5 bis 8 auf die Stutzen 22 aufgeschoben und mittels eines Klemmringes 10 fixiert.
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Es ist aber auch denkbar, wie in 5 dargestellt, ein Muffenteil 24 zu verwenden, und dieses um den Verpressschlauch 1 im Bereich wenigstens einer Öffnung 25 herumzulegen und dort zu fixieren, z. B. durch Kleben oder durch Verriegeln. Die Muffe weist innen einen umlaufenden Ringraum 26 auf, an dem die einzelnen Stutzen einmünden.
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Verfüllmaterial, welches unter hohem Druck in den Verpressschlauch 1 eingefüllt wird, hat damit die Möglichkeit über die Öffnung 25 und den Ringraum 26 sowie die Stutzen 22 in die Hohlkörper einzudringen, diese unter hohen Druck aufzublähen, damit diese ihre in 5 gezeigte Position erreichen.
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Schließlich zeigen die 6 und 7 eine Variante, bei der das Zentrierelement insgesamt als einstückig gewebtes Teil 29 vorgesehen ist, welches um wenigstens eine Öffnung des Verpressschlauches angeordnet werden muss. Dieses einstückige Teil kann in sich geschlossen auf den Verpressschlauch aufgeschoben und fixiert werden, es kann aber auch geteilt ausgeführt sein, wobei dann ein Anbringen auch nachträglich von außen auf den Verpressschlauch möglich ist.
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Die Verbindung des Inneren des gewebten Zentrierteiles mit dem Verpressschlauch kann durch einen ebenfalls mitgewebten Anschlussstutzen 27 erfolgen, der in eine Öffnung des Verpressschlauches eingedrückt werden muss und durch eine konische Hülse 28 fest in der Öffnung des Schlauches verbunden ist, wobei die konische Hülse 28 von außen über das gewebte Material der Muffe in die Öffnung gedrückt wird.
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6 zeigt im Übrigen die Sondenrohre 12, 13, 14, und 15, die, nachdem sie in die Hohlräume zwischen den Hohlkörpern eingelegt sind, mittels eines Spannbandes 16 ein Rohrbündel bildend, fixiert sind. Das Spannband 16 kann in an sich bekannter Weise als Kabelhalteband ausgeführt sein, das mittels eines Klettverschlusses 17 stabil zusammen gehalten wird.
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In allen oben gezeigten Beispielen wird ersichtlich, dass die Zentriervorrichtung während einer werkseitigen Vormontagephase auf den Verpressschlauch anbringbar ist, so dass dieser fertig mit den Zentriervorrichtungen komplettiert an die Baustelle ausgeliefert werden kann. An der Baustelle selbst hat der Monteur den Verpressschlauch lediglich noch mit den zwei Sondenpaaren zu verbinden, in dem die Sondenrohre in die Freiräume zwischen den Rohrstutzen bzw. den auf diesen montierten Hohlkörpern einzulegen, dort mittels eines Haltebandes zu fixieren, wobei das dadurch gebildete Rohrbündel fertig zum Einbringen in das Bohrloch ist.
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Beim anschließenden Verfüllvorgang zentriert sich das Rohrbündel dadurch selbst, indem das Verfüllmaterial in die Hohlkörper unter hohem Druck eindringt, diese aufbläht, so dass diese sich senkrecht zu dem Verpressschlauch aufrichten, mit ihren jeweiligen Enden Kontakt mit der Bohrlochwandung bekommen, womit die Zentrierung vollzogen wäre. Ein Zurückfließen des Verfüllmaterials nach erfolgtem Einbringen desselben durch nun fehlendem Pressdruck kann dadurch verhindert werden, dass in dem Strömungsweg zu den Hohlkörpern ein Rückschlagventil eingebracht ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007018979 B3 [0002]
- DE 102007017078 B3 [0005]
- US 2845128 [0008]
