DE202010010096U1

DE202010010096U1 - Koaxial-Erdwärmesonde

Info

Publication number: DE202010010096U1
Application number: DE202010010096U
Authority: DE
Original assignee: HAKAGERODUR AG
Current assignee: HAKAGERODUR AG
Priority date: 2010-07-09
Filing date: 2010-07-09
Publication date: 2010-10-21
Anticipated expiration: 2020-07-10

Abstract

Koaxial-Erdwärmesonde, bestehend aus einem Außen- und einem Innenrohr, mit einem Verschluss des Außenrohres an einem Ende, wobei das Innenrohr am Verschluss endet und einem Anschlusskopf am anderen Ende, der sowohl das Innenrohr als auch das Außenrohr verschließt und der mit Anschlüssen für Vorlauf- und Rücklaufleitungen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlusskopf (7) aus einem Grundkörper (10) besteht, der sowohl das Innenrohr (2) als auch das Außenrohr (3) umschließt und dass der Grundkörper (10) mit einer in unterschiedlichen Durchmessern gestuften axialen Bohrung mit Anschlägen (11, 12) zur Abstützung auf dem Ende sowohl des Außen- als auch des Innenrohres (3, 2) versehen ist, wobei das Außen- und das Innenrohr (3, 2) über ein Steck- und Klemmsystem mit dem Grundkörper (10) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Koaxial-Erdwärmesonde, bestehend aus einem Außen- und einem Innenrohr, mit einem Verschluss des Außenrohres an einem Ende, wobei das Innenrohr am Verschluss endet und einem Sondenanschlusskopf am anderen Ende, der sowohl das Innen- als auch das Außenrohr verschließt und der mit Anschlüssen für Vorlauf- und Rücklaufleitungen versehen ist.
Derartige Koaxial-Erdwärmesonden erreichen geringere Tiefen bei einer Länge bis etwa 40–50 m, wobei diese aber auch wesentlich länger ausgeführt sein können. Diese Koaxial-Erdwärmesonden werden ausgehend von einem zentralen Schacht in senkrechte oder schräge Bohrungen in das Erdreich eingebracht. Die Anordnung der Koaxial-Erdwärmesonden erfolgt entsprechend der örtlichen Gegebenheiten sternförmig in einem flachen Winkel schräg nach unten, so dass ein Erdsondenfeld entsteht. Alternativ können aber auch mehrere Sonden in entsprechendem Abstand zueinander senkrecht nebeneinander eingebracht und zu einem Erdsondenfeld zusammengefasst werden.
Als Materialien für die Erdwärmesonden stehen unvernetzte Polymere, wie PE 100 HD oder auch PE 100 RC seit einiger Zeit zur Verfügung. Diese Materialien besitzen die nötigen Langzeiteigenschaften sowie die nötige Robustheit gegen mechanische Belastungen beim Transport und beim Einbau. Solche Materialien lassen sich leicht miteinander verschweißen, so dass der Sondenfuß, also der untere Verschluss der Koaxial-Erdwärmesonde, mit dem Außenrohr verschweißt wird, was durch Stumpf- oder Muffenschweißen erfolgen kann. Auch der Sondenanschlusskopf ist üblicherweise mit dem Außenrohr verschweißt, so dass die nötige Dichtheit der Koaxial-Erdwärmesonde im Langzeitbetrieb gewährleistet werden kann.
Ein Beispiel für eine Koaxial-Erdwärmesonde geht aus der DE 20 2007 006 682 U2 mit speziellen Abstandshaltern für das Innenrohr hervor. Der Bodenverschluss besteht hier aus einer einfachen Verschlussplatte bzw. Kappe, die mittels Stumpf- oder Muffenschweißen befestigt ist. Die Abstandshalter gewährleisten eine gute Verschiebbarkeit des Innenrohres und damit eine ausreichende Biegeelastizität der Erdwärmesonde, was deren Einbau erleichtert.
Es versteht sich, dass Koaxial-Erdwärmesonden nicht zuletzt wegen des relativ großen Außendurchmessers des Außenrohres nicht so biegsam sind und auch nicht sehr gebogen werden können, d. h. der Einbau muss hauptsächlich ohne großes Biegen durch einfaches Einschieben in die entsprechenden Bohrungen erfolgen. Da nun bei der obigen Konstruktion eine Vielzahl von Koaxial-Erdwärmesonden in dem gleichen Schacht endet, führt das zu engen Platzverhältnissen bei deren Verbindung mit den Vor- und Rücklaufleitungen von und zum Wärmetauscher.
Alternativ werden deshalb solche Erdwärmesonden auch in Einzelteilen vor Ort montiert, was insbesondere bei längeren Erdwärmesonden günstig ist. Nach dem Einbau der Erdwärmesonde wird dann der Sondenanschlusskopf montiert. Diese Variante hat den Vorteil, dass das aus dem Bohrloch hervorstehende Ende der Erdwärmesonde vor der Montage des Sondenanschlusskopfes in der Länge angepasst werden kann. Von Nachteil sind bei dieser Variante die beengten Platzverhältnisse im Anschlussschacht, insbesondere, wenn mehrere Erdwärmesonden im Anschlussschacht enden und somit eine Vielzahl von Schweißvorgängen erforderlich ist.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Koaxial-Erdwärmesonde mit einem vor Ort einfach montierbaren Sondenanschlusskopf zu schaffen, der einen dichten Abschluss der Koaxial-Erdwärmesonde mit einer langen Nutzungsdauer gewährleistet.
Gelöst wird die Aufgabe bei einer Koaxial-Erdwärmesonde der eingangs beschriebenen Art dadurch, dass der Anschlusskopf aus einem Grundkörper besteht, der sowohl das Innenrohr als auch das Außenrohr umschließt und dass der Grundkörper mit einer in unterschiedlichen Durchmessern gestuften Bohrung mit Anschlägen zur Abstützung auf dem Ende sowohl des Außen- als auch des Innenrohres versehen ist, wobei das Außen- und das Innenrohr über ein Steck- und Klemmsystem mit dem Grundkörper verbunden sind.
Diese neuartige Koaxial-Erdwärmesonde ermöglicht es, den Anschlusskopf vor Ort, also nach dem Einbringen in eine Erdbohrung und nach einer exakten Längenanpassung sowohl des Außen- als auch des Innenrohres, zu montieren.
Bevorzugt ist dazu zumindest das Außenrohr am Grundkörper durch ein Steck-Klemmsystem in Form einer Schraub-Klemmverbindung in axialer Richtung festgelegt.
Die Schraub-Klemmverbindung umfasst weiterhin mindestens eine am Außenumfang des Außenrohres anliegende Dichtung, um eine Abdichtung der Koaxial-Erdwärmesonde nach außen zu gewährleisten.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind in der Aufnahmebohrung für das Innenrohr im Grundkörper Einstiche zur Aufnahme einer Dichtung und einer Rückzugssperre versehen.
Der Grundkörper kann aus einem polymeren oder metallischen Werkstoff bestehen.
Weiterhin weist der Grundkörper eine hauptsächlich rotationssymmetrische Außenform auf, wodurch eine kleinstmögliche Bauform erreicht wird.
Der Grundkörper ist weiterhin auf dem Außenrohr verdrehbar, so dass dessen Positionierung durch Drehen vor Ort ermöglicht wird, was eine einfache Endmontage der Koaxial-Erdwärmesonde erlaubt.
Zum Anschluss von Vor- und Rücklaufleitungen ist der Grundkörper mit sich quer zur Längsachse der Erdwärmesonde erstreckenden Bohrungen zur Aufnahme von Anschlusselementen versehen.
Alternativ kann der Grundkörper auch mit einem selbst dichtenden Steck-Klemmsystem zur Aufnahme der Enden der Vor- und Rücklaufleitungen ausgestattet sein.
Es ist jedoch auch möglich, den Anschluss der Rücklaufleitung über eine koaxiale Bohrung im Grundkörper in Verbindung mit einem Anschlusselement oder einem Steck-Klemmsystem vorzunehmen.
In einer weiteren Fortführung der Erfindung ist der Verschluss der Erdwärmesonde, den Sondenfuß bildend, am dem Anschlusskopf gegenüberliegenden Ende am Außenrohr befestigt und innen mit einer Abstützung für das Innenrohr versehen, die einen Überlauf des Fluides vom Außenrohr zum Innenrohr freihält.
Der Verschluss ist mit dem Außenrohr verschweißt, um eine hohe Nutzungsdauer der Koaxial-Erdwärmesonde zu gewährleisten.
Der Verschluss besteht bevorzugt aus einem polymeren Material oder zumindest aus einem mit dem Außenrohr verschweißbaren Material.
Schließlich ist der Verschluss mit einer Aufnahme zur Befestigung eines Gewichtes, einer Führung oder einer Schutzvorrichtung versehen. Im einfachsten Fall ist die Aufnahme eine quer zur Längsachse der Erdwärmesonde verlaufende Bohrung.
Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
1 eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Koaxial-Erdwärmesonde;
2 eine vergrößerte Schnittdarstellung des Anschlusskopfes der Koaxial-Erdwärmesonde nach 1; und
3 eine vergrößerte Schnittdarstellung des Sondenfußes der Koaxial-Erdwärmesonde.
Die erfindungsgemäße Koaxial-Erdwärmesonde 1 besteht aus einem Außen- und einem Innenrohr 2, 3 und ist an einem Ende mit einem Verschluss 4, den Sondenfuß bildend, versehen, der mit dem Außenrohr 2 verschweißt ist (1). Das Innenrohr 2 endet innen am Verschluss 4 an einer Abstützung 5 derart, dass ein Überlauf 6 zum Außenrohr 3 freigehalten wird (3).
Am oberen Ende der Koaxial-Erdwärmesonde 1 befindet sich ein Anschlusskopf 7, der sowohl das Innen- und das Außenrohr 2, 3 verschließt, als auch mit Anschlüssen für Vorlauf- und Rücklaufleitungen 8, 9 versehen ist. Der Anschlusskopf 7 besteht aus einem Grundkörper 10, der sowohl das Innenrohr 2, als auch das Außenrohr 3 umschließt. Der Grundkörper 10 kann aus einem metallischen oder polymeren Werkstoff bestehen.
Der Grundkörper 10 besitzt eine hauptsächlich rotationssymmetrische Außenform, wodurch eine kleinstmögliche Bauform erreicht wird.
Weiterhin ist der Grundkörper 10 mit einer in unterschiedlichen Durchmessern gestuften, nicht durchgehenden Längsbohrung mit Anschlägen 11, 12 zur Aufnahme und zur Abstützung auf dem jeweiligen Ende sowohl des Außen- als auch des Innenrohres 2, 3 versehen. Die Befestigung des Außen- und des Innenrohres 2, 3 im Grundkörper 10 erfolgt über ein Steck- und Klemmsystem.
Das Steck- und Klemmsystem besteht aus einer mit dem Grundkörper 10 verschraubbaren Schraub-Klemmverbindung 13, so dass das Außenrohr 3 in axialer Richtung festgelegt ist. Die Schraub-Klemmverbindung 13 besteht aus Spannbacken 13.1, die unmittelbar am Außenumfang des Außenrohres 3 anliegen und einer Spannhülse 13.2, die mit einem Innengewinde versehen ist und auf ein Außengewinde am Grundkörper 10 geschraubt ist, wodurch über schräge Spannflächen auf die Spannbacken 13.1 die nötige Spannkraft ausgeübt wird.
Die Schraub-Klemmverbindung 13 umfasst weiterhin eine am Außenumfang des Außenrohres 3 anliegende Dichtung 14, um eine ausreichende Abdichtung der Koaxial-Erdwärmesonde 1 nach außen zu gewährleisten.
Das Innenrohr 2 ist im Außenrohr 3 durch den Anschlag 12 einerseits und durch den Verschluss 4 andererseits fixiert. Weiterhin ist der Grundkörper 10 in der Aufnahmebohrung für das Innenrohr 2 mit Einstichen 15, 16 zur Aufnahme jeweils einer Dichtung und einer an sich bekannten Rückzugsperre versehen.
Zum Anschluss der Vor- und Rücklaufleitungen 8, 9 ist der Grundkörper 10 mit sich quer zur Längsachse der Koaxial- Erdwärmesonde erstreckenden Bohrungen 17, 18 zur Aufnahme von Anschlusselementen versehen. Der Grundkörper 10 kann auch mit einem selbst dichtenden Steck-Klemmsystem zur Aufnahme der Vor- und Rücklaufleitungen 8, 9 ausgestattet sein.
Alternativ kann der Anschluss der Rücklaufleitung 9 auch über eine koaxiale Bohrung im Grundkörper 12 in Verbindung mit einem Anschlusselement oder einem Steck-Klemmsystem erfolgen.
Der Verschluss 4 der Koaxial-Erdwärmesonde 1 besteht bevorzugt aus einem polymeren Material und kann zusätzlich mit einer Aufnahme 19, beispielsweise einer quer zur Längsachse der Koaxial-Erdwärmesonde verlaufenden Bohrung oder anderweitigen Einrichtung zur Befestigung eines Gewichtes, einer Führung oder einer Schutzvorrichtung versehen sein.
Diese neuartige Koaxial-Erdwärmesonde ermöglicht es, den Anschlusskopf vor Ort, also nach dem Einbringen in eine Erdbohrung und nach einer exakten Längenanpassung sowohl des Außen- als auch des Innenrohres zu montieren. Weiterhin kann der Sondenanschlusskopf 4 vor dem Verschrauben der Schraub-Klemmverbindung 13 durch Verdrehen desselben in eine für den Anschluss der Vor- und Rücklaufleitungen 8, 9 günstigste Position gedreht werden. Das führt zu einer erheblichen Arbeitserleichterung bei der Endmontage der Erdwärmesonde 1.

1: Koaxial-Erdwärmesonde
2: Innenrohr
3: Außenrohr
4: Verschluss/Sondenfuß
5: Abstützung
6: Überlauf
7: Anschlusskopf
8: Vorlaufleitung
9: Rücklaufleitung
10: Grundkörper
11: Anschlag
12: Anschlag
13: Schraub-Klemmverbindung
13.1: Klemmbacken
13.2: Spannhülse
14: Dichtung
15: Einstich
16: Einstich
17: Bohrung
18: Bohrung
19: Aufnahme

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 202007006682 U2 [0004]

Claims

Koaxial-Erdwärmesonde, bestehend aus einem Außen- und einem Innenrohr, mit einem Verschluss des Außenrohres an einem Ende, wobei das Innenrohr am Verschluss endet und einem Anschlusskopf am anderen Ende, der sowohl das Innenrohr als auch das Außenrohr verschließt und der mit Anschlüssen für Vorlauf- und Rücklaufleitungen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlusskopf (7) aus einem Grundkörper (10) besteht, der sowohl das Innenrohr (2) als auch das Außenrohr (3) umschließt und dass der Grundkörper (10) mit einer in unterschiedlichen Durchmessern gestuften axialen Bohrung mit Anschlägen (11, 12) zur Abstützung auf dem Ende sowohl des Außen- als auch des Innenrohres (3, 2) versehen ist, wobei das Außen- und das Innenrohr (3, 2) über ein Steck- und Klemmsystem mit dem Grundkörper (10) verbunden ist.
Koaxial-Erdwärmesonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (10) zumindest am Außenrohr (3) durch ein Steck-Klemmsystem in Form einer Schraub-Klemmverbindung (13) in axialer Richtung festgelegt ist.
Koaxial-Erdwärmesonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraub-Klemmverbindung (13) mindestens eine am Außenumfang des Außenrohres (3) anliegende Dichtung (14) umfasst.
Koaxial-Erdwärmesonde nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (10) in der Aufnahmebohrung für das Innenrohr (2) mit Einstichen (15, 16) zur Aufnahme einer Dichtung und einer Rückzugssperre versehen ist.
Koaxial-Erdwärmesonde nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (10) aus einem polymeren oder metallischen Werkstoff besteht.
Koaxial-Erdwärmesonde nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (10) eine hauptsächlich rotationssymmetrische Außenform aufweist.
Koaxial-Erdwärmesonde nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (10) auf dem Außenrohr (3) verdrehbar ist.
Koaxial-Erdwärmesonde nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (10) mit sich quer zur Längsachse der Erdwärmesonde verlaufenden Bohrungen (17, 18) zur Aufnahme von Anschlusselementen für die Vor- und Rücklaufleitungen (8, 9) versehen ist.
Koaxial-Erdwärmesonde nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (10) mit einem selbst dichtenden Steck-Klemmsystem zur Aufnahme der Vor- und Rücklaufleitungen (8, 9) ausgestattet ist.
Koaxial-Erdwärmesonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschluss (4) der Erdwärmesonde (1), den Sondenfuß bildend, am dem Anschlusskopf (10) gegenüberliegenden Ende am Außenrohr (3) befestigt ist und innen mit einer Abstützung (5) für das Innenrohr (2) versehen ist, die einen Überlauf (6) des Fluides vom Außenrohr (2) zum Innerohr (3) freihält.
Koaxial-Erdwärmesonde nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschluss (4) mit dem Außenrohr (3) verschweißt ist.
Koaxial-Erdwärmesonde nach Anspruch 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschluss (4) aus einem polymeren Material besteht.
Koaxial-Erdwärmesonde nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschluss (4) mit einer Aufnahme (19) zur Befestigung eines Gewichtes, einer Führung oder einer Schutzvorrichtung versehen ist.
Koaxial-Erdwärmesonde nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (19) eine Querbohrung im Verschluss ist.