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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Gründungselementes mit Erdwärmesonde im Boden, wobei in dem Boden zunächst eine Ausnehmung erstellt wird, welche mit einer Suspension verfüllt wird, welch zu dem Gründungselement aushärtet, wobei vor dem Aushärten in die Ausnehmung mindestens eine Erdwärmesonde eingebracht wird, welche eine Zuleitung und eine Ableitung aufweist, welche in einem Fußberiech über einen Krümmer verbunden sind.
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Weiterhin betrifft die Erfindung ein Werkzeug zum Einbringen einer Erdwärmesonde für ein Gründungselement im Boden.
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Zu Gründungszwecken von Bauwerken ist es bekannt, Gründungselemente im Boden zu erstellen. Diese können insbesondere Gründungspfähle zur Fundamentierung oder Schlitzwände oder Schlitzwandsegmente sein, welche etwa zur Absicherung oder dichten Umschließung von Baugruben zum Einsatz kommen können. Hierzu wird in dem Boden mittels eines Bohrgerätes oder einer Fräse eine Ausnehmung erstellt, welche dann mit einer Suspension und gegebenenfalls Armierungselementen aufgefüllt wird, wobei die Suspension zu dem Gründungselement aushärtet.
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Aus der
DE 37 19 523 A1 ist es bekannt, diese Gründungselemente neben der eigentlichen Gründungsaufgabe auch zur Nutzung thermischer Energie des Erdreiches zu verwenden. Hierzu wird vor dem Aushärten der Suspension eine rohr- oder schlauchförmige Erdwärmesonde in der Ausnehmung angeordnet. Nach dem Aushärten des Gründungselementes kann durch die Erdwärmesonde ein Fluid geleitet werden, durch welches insbesondere aus tieferen Bodenschichten Erdwärme aufgenommen und einer Nutzung, insbesondere einer Wärmepumpe, zugeführt werden kann. In umgekehrter Weise kann auch zur Kühlung eines Gebäudes über die Erdwärmesonde Wärme in den Boden abgegeben werden.
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Es ist bekannt, diese Erdwärmesonden an den Bewehrungskörben für das Gründungselement mittels Kunststoffbindern oder Drahtbefestigungselementen zu fixieren. Bei Gründungselementen ohne derartige Bewehrungselemente ist es bekannt, am Fußbereich der Erdwärmesonde ein Einzugsgewicht anzuordnen, mit welchem die Erdwärmesonde durch die Schwerkraft in die Ausnehmung abgesenkt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Gründungselementes mit Erdwärmesonde und ein Werkzeug hierzu vorzusehen, mit welchen eine Erdwärmesonde effizient und lagegenau platziert werden kann.
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Die Aufgabe wird zum einen durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und zum anderen durch ein Werkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass zum Einbringen der Erdwärmesonde ein stangenförmiges Werkzeug verwendet wird, welches in seinem unteren Fußbereich eine Hakeneinrichtung mit einer nach unten weisenden Hakenöffnung aufweist, und dass der Krümmer der Erdwärmesonde beim Einbringen mit dem stangenförmigen Werkzeug lösbar in der Hakenöffnung der Hakeneinrichtung aufgenommen und gehalten wird. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist ein gezieltes und sicheres Einbringen der Erdwärmesonden in die Ausnehmung möglich.
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Insbesondere kann durch ein stangenförmiges Werkzeug aktiv eine Kraft nach unten zum Positionieren der Erdwärmesonde aufgebracht werden. Zudem kann mittels der Ausrichtung des stangenförmigen Werkzeuges sichergestellt werden, dass die Erdwärmesonden in einem Mittenbereich des Gründungselementes in einer gewünschten Niveaulage platziert ist. Durch eine mittige Anordnung der Erdwärmesonden kann die hohe Wärmeleitfähigkeit des ausgehärteten Gründungselementes effizient genutzt werden. Zudem kann insbesondere bei Gründungselementen mit einer gewünschten Dichtfunktion, wie es etwa bei Dichtwänden gefordert ist, sichergestellt werden, dass nicht Undichtigkeiten durch eine schräg angeordnete Erdwärmesonde bewirkt werden.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, dass die Erdwärmesonde in einfacher Weise in einer Hakeneinrichtung lösbar fixiert wird. Durch die Anordnung des Hakens wird der bogenförmige Krümmer der Erdwärmesonde bei einem nach-unten-Drücken zuverlässig gehalten.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist es bevorzugt, dass der Krümmer durch ein nach-oben-Ziehen des Werkzeuges aus der Hakeneinrichtung gelöst wird. Auf diese Weise kann das Werkzeug mehrfach eingesetzt und eine Erdwärmesonde in verschiedenen Gründungselementen eingebracht werden.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Werkzeug einen stangenförmigen Grundkörper aufweist, welcher an zumindest zwei gegenüberliegenden Seiten Führungselemente aufweist, mit welchen das Werkzeug entlang von Seitenwänden der Ausnehmung im Boden geführt wird. Die Breite des Werkzeuges ist somit an die Breite und Form der Ausnehmung im Boden angepasst, wobei ein gleitendes Führen des Werkzeuges über die Führungselemente gegenüber den Seitenwänden der Ausnehmung erreicht wird. Die Ausnehmung kann insbesondere eine zylindrische Bohrung oder ein Schlitz mit einem rechteckigen Querschnitt sein. Hierdurch kann zudem verhindert werden, dass die aus einem empfindlichen Kunststoffmaterial bestehende Erdwärmesonde durch unbeabsichtigtes Streifen des angrenzenden Bodenmateriales beschädigt und undicht wird. Zudem erlaubt das stangenförmige Werkzeug ein zuverlässiges, positionsgenaues Einbringen einer Erdwärmesonde auch in eine zähe und mit grobem Bodenmaterial gebildete Suspension.
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Dabei ist es für ein mittiges Einbringen nach der Erfindung vorteilhaft, dass die Hakeneinrichtung zwischen den Führungselementen angeordnet ist und die Erdwärmesonde in einen Mittenbereich der Ausnehmung eingebracht wird. Entsprechend der Anordnung der Hakeneinrichtung zwischen den Führungselementen wird die Erdwärmesonde zuverlässig zwischen den Führungselementen gehalten und kann so positionsgenau in einem Mittenbereich der Ausnehmung eingebracht werden.
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Weiter ist es nach einer Variante der Erfindung vorteilhaft, dass das Werkzeug als Teil des Gründungselementes in der Ausnehmung verbleibt. Aufgrund der einfachen Gestaltung des Werkzeuges aus einem stangenförmigen Grundkörper und einer Hakeneinrichtung zum Halten der Erdwärmesonde kann das Werkzeug derart günstig hergestellt werden, dass dieses als ein Kurzzeit- oder Einwegwerkzeug verwendet wird, welches im auszuhärtenden Gründungselement als Armierungs- oder Bewehrungselement verbleiben kann. So kann das Werkzeug etwa zur Mehrfacheinbringung von Erdwärmesonden eingesetzt werden, wobei eine aufwändige Reinigung vermieden werden kann, wenn das Werkzeug beim letzten Arbeitsgang im Gründungselement verbleibt.
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Von besonderem Vorteil ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dann, wenn die Suspension mit Bodenmaterial gebildet wird, welches beim Erstellen der Ausnehmung im Boden anfällt, und die Erdwärmesonde mit dem Werkzeug in die Suspension mit dem Bodenmaterial eingebracht wird. Gerade bei derartigen hochviskosen, mit groben Bestandteilen versehenen Suspensionen kann mit dem stangenförmigen Werkzeug ein gesteuertes zielgenaues Einbringen der Erdwärmesonde sichergestellt werden. Dabei ist der bogenförmige Krümmer, welcher aus Metall oder Kunststoff hergestellt ist, aufgrund seiner Formgebung besonders stabil und zur Kraftaufbringung geeignet.
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Das erfindungsgemäße Werkzeug zum Einbringen einer Erdwärmesonde für ein Gründungselement im Boden ist dadurch gekennzeichnet, dass ein stangenförmiger Grundkörper vorgesehen ist, an dessen unterem Fußbereich eine Hakeneinrichtung angeordnet ist, deren Hakenöffnung zum lösbaren Aufnehmen und Halten eines Krümmers der Erdwärmesonde nach unten gerichtet ist. Dieses erfindungsgemäße Werkzeug kann insbesondere bei dem vorbeschriebenen Verfahren eingesetzt werden.
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Nach der Erfindung ist es bevorzugt, dass die Hakeneinrichtung ein Winkelblech aufweist, welches an den Grundkörper befestigt ist, und dass das Winkelblech einen Längssteg und einen Quersteg aufweist, welche längs beziehungsweise quer zum stangenförmigen Grundkörper angeordnet sind. Der stangenförmige Grundkörper kann insbesondere eine Metall- oder Stahlstange oder -bohle sein, an welcher ein Winkelblech als Hakeneinrichtung befestigt, insbesondere angeschweißt ist. Das Winkelblech ist etwa L-förmig ausgebildet, wobei ein Quersteg mit dem Grundkörper verbunden ist. Der verbliebene Längssteg erstreckt sich längs, insbesondere parallel oder mit gewissem Neigungswinkel, zum stangenförmigen Grundkörper, wobei eine nach unten gerichtete Winkelöffnung zur Aufnahme des Krümmers der Erdwärmesonde gebildet ist.
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Ein besonders schonendes Einbringen der Erdwärmesonde wird nach der Erfindung dadurch erreicht, dass an dem Quersteg eine Auflageplatte für den Krümmer vorgesehen ist. Somit erfolgt die Übertragung der Druckkräfte beim Einbringen der Erdwärmesonde auf den Krümmer nicht allein durch die Schmalseite des Winkelbleches, sondern durch eine verbreiterte Auflageplatte. Diese kann vorzugsweise mit Rundungen oder einer Bogenform versehen sein, welche an den Krümmer angepasst ist. Hierdurch wird die Flächenpressung am Krümmer und damit die Gefahr einer Beschädigung reduziert. Vorzugsweise kann die Auflageplatte und/oder eine Außenkante des Winkelblechs angeschrägt oder keilförmig nach oben ausgebildet sein, so dass ein besonders leichtes nach-oben-Ziehen des Werkzeuges nach Einbringen der Erdwärmesonde ohne die Gefahr einer Verhakung ermöglicht wird.
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Besonders bevorzugt ist es nach der Erfindung, dass der stangenförmige Grundkörper als ein H-Träger ausgebildet ist. Die beiden Außenflanken des H-Trägers können dabei Führungselemente zum gleitenden und führenden Anliegen an den Seitenwänden der Ausnehmung dienen. Ein derartiger H-Träger kann als ein Standard-Stahlprofil kostengünstig bezogen werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen weiter erläutert, welche schematisch in den Zeichnungen dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigen:
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1: eine schematische perspektivische Ansicht eines unteren Bereiches eines erfindungsgemäßen Werkzeuges;
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2: eine schematische Draufsicht auf das untere Ende des Werkzeuges von 1 mit angeordneter Erdwärmesonde; und
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3: eine schematische Querschnittsansicht zu einem erfindungsgemäß hergestellten Gründungselement.
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Ein erfindungsgemäßes Werkzeug 10 zur Verwendung in einem Verfahren zum Herstellen eines Gründungselementes nach der Erfindung ist in 1 dargestellt. Das bohlenförmige Werkzeug 10 weist einen plattenartigen Grundkörper 12 auf, an dessen Außenseiten rechtwinklig plattenförmige Führungselemente 14 angeordnet sind. Der Grundkörper 12 und die Führungselemente 14 können dabei einstückig ausgebildet sein, wobei vorzugsweise eine H-Profilstange aus Stahl verwendet werden kann.
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In dem dargestellten unteren Bereich ist mit gewissem Abstand vom freien Ende längs einer Mittenachse 11 zum Bilden einer Hakeneinrichtung 20 ein L-förmiges Winkelblech 22 angebracht. Das Winkelblech 22 ist dabei etwa parallel und mittig zu den zwei plattenförmigen Führungselementen 14 angeordnet und über einen Quersteg 26 an dem Grundkörper 12 angeschweißt. Beabstandet vom Grundkörper 12 erstreckt sich ein Längssteg 24 des Winkelbleches 22 in Richtung zum unteren freien Ende des Werkzeuges 10, wobei eine nach unten offene, etwa rechteckige Hakenöffnung 30 gebildet ist.
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Die Hakenöffnung 30 ist zur Aufnahme und Halterung einer Erdwärmesonde 50 ausgebildet, welche näher in 2 dargestellt ist. Eine Erdwärmesonde 50 dient als ein Wärmetauschelement und weist in hinlänglich bekannter Weise eine röhren- oder schlauchförmige Zuleitung 52 und eine entsprechende Ableitung 54 auf, welche in ihrem Fußbereich über einen U-förmigen Krümmer 56 verbunden sind, so dass ein wärmeleitendes Fluid, insbesondere Wasser, über die Zuleitung 52 zum Krümmer 56 und durch diesen zur Ableitung 54 leitbar ist. Der bogenförmige Krümmer 56 wird zum Einbringen in einen Boden in die Hakenöffnung 30 an der Hakeneinrichtung 20 so weit eingesteckt, bis eine innere Bogenseite des Krümmers 56 an einer Auflageplatte 28 an einer Stirnseite des Quersteges 26 des Winkelbleches 22 zur Anlage kommt. Die Auflagefläche der Auflageplatte 28 ist vorzugsweise ballig oder bogenförmig ausgebildet und so an die Bogenform des Krümmers 56 angepasst. Auf diese Weise kann die Erdwärmesonde 50 sicher an dem plattenförmigen Grundkörper 12 des Werkzeuges 10 angeordnet werden, wobei die seitlichen Führungselemente 14 einen zusätzlichen Schutz vor Beschädigungen der Erdwärmesonde 50 beim Einbringen in den Boden gewähren.
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Gemäß 3 wird in einen Boden 42 nach der Erfindung zunächst eine Ausnehmung 40 eingebracht. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Ausnehmung schlitzförmig und kann beispielsweise mittels eines Schlitzwandgreifers oder einer Schlitzwandfräse erstellt werden. Die so hergestellte Ausnehmung wird mit einer aushärtbaren Suspension, vorzugsweise einer Mischung aus einer Betonsuspension und zerkleinertem Bodenmaterial, verfüllt, welches zum Bilden eines Gründungselementes 40 im Boden aushärtet. Die Herstellung des Gründungselementes 40 kann dabei in einem Einphasen-, Zweiphasen- oder in einem Mixed-in-Place-Verfahren hergestellt werden.
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Vor dem Aushärten und Bilden des Gründungselementes 40 wird in die Ausnehmung 44 mit dem zuvor beschriebenen Werkzeug 10 eine Erdwärmesonde 50 eingebracht. Die Zuleitung 52 und die Ableitung 54 der Erdwärmesonde 50 erstrecken sich aus der Ausnehmung 44 nach oben heraus, so dass diese in bekannter Weise fluidtechnisch zur Nutzung von Erdwärme an eine Wärmepumpe angeschlossen werden können.
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Um ein gezieltes und positionsgenaues Einbringen der Erdwärmesonde 50 in den mit aushärtbarer Suspension gefüllten Schlitz oder die Ausnehmung 44 zu ermöglichen, wird die Erdwärmesonde 50 mit dem Krümmer 56 lösbar an dem bohlenförmigen Werkzeug 10 eingehakt und mit dem stangenförmigen Werkzeug 10 von der Oberfläche des Bodens 42 in die Ausnehmung 44 abgeteuft. Dies kann von Hand oder maschinell, insbesondere mit einem Kran oder einem Mäkler mit vertikal verfahrbarem Schlitten erfolgen. Für ein besonders zielgenaues Einbringen können dabei die plattenförmigen seitlichen Führungselemente 14 des Werkzeuges 10 in Kontakt zu Seitenwänden 46 der Ausnehmung 44 stehen. Nach dem Einbringen der Erdwärmesonde 50 kann das bohlenförmige Werkzeug 10 durch einfaches nach-oben-Ziehen aus der Ausnehmung 44 entfernt werden, wobei der Krümmer 56 aus der Hakenöffnung 30 der Hakeneinrichtung 20 herausgleiten kann. Die Erdwärmesonde 50 bleibt so positionsgenau in der aushärtbaren Suspension in der Ausnehmung 44. Alternativ kann das bohlenförmige Werkzeug 10 auch als Teil des Gründungselementes 40 in der Ausnehmung 44 verbleiben. Nach Aushärten der Suspension stellt das Werkzeug 10 somit ein Armierungselement in dem ausgehärteten Gründungselement 40 dar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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