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Die Erfindung betrifft ein Gewichtselement zum Beschweren von Erdwärmesonden nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Entsprechende Gewichtselemente sind z. B. aus
DE 20 2010 007 525 U1 bekannt. Sie dienen dazu, eine Erdwärmesonde in ein Bohrloch abzuteufen und insbesondere gegen den Druck des um das Bohrloch befindlichen Wassers am Auftreiben zu hindern. Je nach Wassermenge, Konsistenz der Spülung oder deren Reste und Rohrlänge werden dazu am Sondenkopf Gewichte angehängt. Besonders vorteilhaft ist es, ein Baukastensystem aus gleich schweren Gewichten vorzusehen, die sich nach Art einer Kette aneinander hängen lassen. Es ist daher vorgeschlagen worden, längliche Gewichtselemente mit je einem Kopplungsabschnitt an beiden Enden vorzusehen, wobei der erste Kopplungsabschnitt eines Gewichts so gestaltet ist, dass er mit dem zweiten Kopplungsabschnitt eines weiteren Gewichts verbunden werden kann. Die Verbindung wird etwa durch erste und zweite Kopplungsabschnitte erreichet, die miteinander fluchtende Löcher aufweisen, die mittels Bolzen gesichert werden können, so dass eine kraftschlüssige Verbindung zwischen den Gewichtselementen entsteht und eine beliebige Kette aus Gewichtselementen herstellbar ist.
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Die Gewichtselemente weisen in der Regel eine Umfangsfläche mit kreisrundem Querschnitt auf, um besonders gut in Bohrlöcher eingeführt werden zu können.
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Allerdings neigen die Gewichte der Kette dazu, dass die als Gewichtselemente ausgeführten Glieder noch eine gewisse Flexibilität aufweisen und die daraus gebildete Kette nicht starr ist. Da die in der Regel aus Kunststoff bestehenden Erdwärmesonden Rohre aufweisen, die von der Rolle abgerollt werden, weisen die Sonden eine Vorspannung auf, die dazu führt, dass die Rohre der Sonde im Bohrloch nicht absolut gerade verlaufen, sondern sich unter Umständen gegen die Innenwand des Bohrlochs stemmen. Diese durch die Krümmung der Sondenrohre entwickelte Vorspannkraft wird auch auf die Gewichte und die daraus gebildete Kette übertragen, die sich mithin aufgrund ihrer Flexibilität ebenfalls krümmt und durch Anlage der Gewichte an die Innenwand des Bohrlochs aufgrund der Reibung zwischen Bohrlochinnenwand und Gewichten zu Schwierigkeiten beim Abteufen führen kann. Die Vorspannung der Rohre führt ferner dazu, dass bei klüftiger/spaltenreicher Geologie sich der Sondenkopf in diese Spalten schiebt und ein weiteres Abteufen im gebohrten Kanal verhindert wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Gewichtselement der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem diese Schwierigkeiten verringert werden bzw. nicht auftreten.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Gewichtselement mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Vorteilhafte Ausführungsformen finden sich in den Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß sind die ersten und zweiten Kopplungselemente so ausgebildet, dass ein formschlüssiger Eingriff zwischen dem ersten Kopplungselement eines Gewichtselements und dem zweiten Kopplungsabschnitt eines weiteren Gewichtselements ermöglicht wird. Durch diesen Formschluss wird erreicht, dass die Gewichtselemente in ihrer Längsrichtung zueinander fluchtend ausgerichtet sind und so relativ zueinander ihre Lage nicht mehr verändern können. Diese Maßnahme eliminiert die Flexibilität einer durch die Gewichtselemente gebildeten Kette und macht diese im wesentlichen starr, so dass die oben geschilderten Problems beim Abteufen nicht mehr auftreten können. Bevorzugt sind die Kopplungsabschnitte so ausgebildet, dass der eine Kopplungsabschnitt den dazu passenden Kopplungsabschnitt eines anderen Gewichtselements zumindest teilweise umschließt oder umgibt. Dazu kann insbesondere vorgesehen sein, dass der erste und der zweite Kopplungsabschnitt jeweils etwa komplementär zum jeweils anderen Kopplungsabschnitt ausgebildete Formschlussflächen aufweisen. Bevorzugt ist, dass ein Kopplungsabschnitt einen etwa schalenförmigen Abschnitt aufweist, in den der andere Kopplungsabschnitt formschlüssig einlegbar oder eingelegt ist.
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Besonders vorteilhaft ist, dass das Gewichtselement wenigstens eine in seiner Längsrichtung verlaufende erste Rille oder erste kanalartige Vertiefung aufweist. Durch diese Rille oder Vertiefung kann etwa Wasser oder auch Spülungsreste, welche sich im Bohrloch befindet, besser beim Abteufen der Gewichtselemente an diesen vorbei geleitet werden, wodurch sich der Widerstand und damit die für das Abteufen aufzubringende Kraft verringert und das Abteufen folglich erleichtert wird.
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Die verketteten Gewichtselemente können auf verschiedene Weisen miteinander verkettet werden. Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass das Gewichtselement im Bereich des ersten und/oder zweiten Kopplungsabschnitts wenigstens eine quer zur Längserstreckung, etwa in Umfangsrichtung des Gewichtselements, verlaufende zweite Rille oder Vertiefung aufweist. Nach Fügen zweier Gewichtselemente, können Befestigungselemente wie z. B. Kabelbinder um die Verbindungsstelle zweier Gewichtselemente gezogen werden. Damit diese beim Kontakt mit der Bohrlochinnenwand während des Abteufens nicht durchscheuern können, können die Kabelbinder in der genannten zweiten Rille oder Vertiefung befestigt werden, so dass sie gegenüber der übrigen Außenfläche des Gewichtselements vertieft angeordnet sind.
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Weiter kann vorgesehen sein, dass der eine Kopplungsabschnitt einen Eingriffsvorsprung und der andere Kopplungsabschnitt eine Eingriffsaufnahme zur Aufnahme eines Eingriffsvorsprungs aufweist. Dies dient zur besseren Führung beim Zusammenfügen der Gewichtselemente und erleichtert daher die Montage.
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Besonders vorteilhaft ist, wenn wenigstens ein Kopplungsabschnitt außerdem als Adapterabschnitt zur Anbringung des Endes einer Erdwärmesonde ausgebildet ist. Dazu kann zum einen die Eingriffsaufnahme dienen, die bevorzugt als eine lochartige Ausnehmung ausgebildet ist. Durch diese kann ein Befestigungselement wie ein Draht oder Kabelbinder oder sonstiger Adapter geführt und mit dem Sondenkopf verbunden werden.
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Weiter kann natürlich der Kopplungsabschnitt auch so ausgebildet sein, dass er einen Form- und/oder Kraftschluss mit dem Sondenkopf selbst herstellt. Dazu ist bevorzugt vorgesehen, dass der erste Kopplungsabschnitt Verbindungsvorsprünge zum Eingreifen in entsprechende Ausnehmungen am Ende der Erdwärmesonde bzw. am Sondenkopf aufweist.
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Die Erfindung betrifft insbesondere auch ein Endgewichtselement, welches die erfindungsgemäße Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 8 löst. Vorteilhafte Ausführungsformen finden sich in den davon abhängigen Unteransprüchen 9 bis 12.
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Die Erfindung wird nun Anhand der 1A bis 5 näher erläutert. Es zeigen:
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1A – ein erfindungsgemäßes Gewichtselement in perspektivischer Darstellung,
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1B – den ersten Kopplungsabschnitt des erfindungsgemäßen Gewichtselements in vergrößerter perspektivischer Darstellung,
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1C – den zweiten Kopplungsabschnitt des erfindungsgemäßen Gewichtselements in vergrößerter perspektivischer Darstellung,
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2A – eine Seitenansicht zweier erfindungsgemäßer Gewichtselemente vor dem Zusammenführen,
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2B – eine Seitenansicht zweier erfindungsgemäßer Gewichtselemente nach dem Zusammenführen,
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3A – eine vergrößerte perspektivische Ansicht von Ausschnitten zweier erfindungsgemäßer Gewichtselemente vor dem Zusammenführen,
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3B – eine vergrößerte perspektivische Ansicht von Ausschnitten zweier erfindungsgemäßer Gewichtselemente nach dem Zusammenführen,
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4A – eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Kopplungsabschnitts eines erfindungsgemäßen Gewichtselements und des damit verbundenen Kopfes einer Erdwärmesonde im noch nicht fixierten Zustand,
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4B – eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Kopplungsabschnitts eines erfindungsgemäßen Gewichtselements und des damit verbundenen Kopfes einer Erdwärmesonde im fixierten Zustand,
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5 – eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Endgewichtes.
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Das erfindungsgemäße Gewichtselement 1, welches in der 1A dargestellt ist, weist einen ersten Kopplungsabschnitt 2 auf, der im gezeigten Beispiel schalenförmig ausgebildet ist und eine Anlagefläche 2c aufweist. Das sich in Längsrichtung X erstreckende Gewichtselement weist am dem ersten Kopplungsabschnitt 2 gegenüber liegenden Ende einen zweiten Kopplungsabschnitt 3 auf, welcher formschlüssig mit dem ersten Kopplungsabschnitt 2 eines anderen Gewichtselements zusammenfügbar ist. Weiter weist das Gewichtselement Rillen oder kanalartige Vertiefungen 4 auf, die sich in Längsrichtung in der Außenfläche des einen im Wesentlichen runden Querschnitt aufweisenden Gewichtselements 1 erstrecken. Die Rillen oder Vertiefungen 4 dienen dem besseren Abtransport von Wasser und/oder Spülungsresten, welche im Bohrloch ggf. vorhanden sind und das Abteufen des Gewichtselements 1 bzw. einer daraus gebildeten Kette erleichtert. Die Vertiefungen oder Rillen 4 sind so angeordnet, dass sie bei Verketten mehrerer Gewichtselemente 1 miteinander fluchten, so dass sich die durch die Rillen oder Vertiefungen gebildeten Kanäle über die gesamte Gewichtskette erstrecken.
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In 1B ist der den ersten Kopplungsabschnitt 2 aufweisende Teil des Gewichtselements 1 vergrößert dargestellt. Man erkennt wiederum einen Teil der Rillen bzw. Vertiefungen 4 und die Anlagefläche 2c, die den Boden einer schalenförmigen Ausnehmung zur formschlüssigen Aufnahme eines zweiten Kopplungsabschnitts 3 dient. Weiter weist die Anlagefläche 2c eine Öffnung 2a auf, welche einerseits zur Aufnahme eines Eingriffselements 3a des zweiten Kopplungsabschnitts 3 (vgl. 1C) dient, aber auch zur Durchführung eines Befestigungselements (Draht, Kabelbinder, usw.) zur Befestigung an dem Sondenkopf einer Erdwärmesonde genutzt werden kann.
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Weiter sind in Umfangsrichtung (senkrecht zur Längserstreckung X des Gewichtselements 1) verlaufende zweite Rillen oder Vertiefungen 2.1, 2.2 vorgesehen. Diese dienen der Aufnahme und Versenkung von Fixierelementen, welche zur (kraftschlüssigen) Fixierung der Formschlussverbindung zwischen zwei Gewichtselementen 1 dienen. Man erkennt weiter zwei Verbindungsvorsprünge 2b, welche zum Eingriff in entsprechende Ausnehmungen an speziellen Sondenköpfen geeignet sind, so dass das Gewichtselement 1 mit seinem ersten Kopplungsabschnitt 2 als Adapterstück für Sondenköpfe ausgebildet ist.
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Der zweite Kopplungsabschnitt 3, der in 1C gezeigt ist, weist einen Eingriffsvorsprung 3a auf, der in die Eingriffsausnehmung 2a des ersten Kopplungsabschnitts 2 eines weiteren Gewichtselements passt. Weiter ist eine zur schalenförmigen Anlagefläche 2c des ersten Kopplungsabschnitts 2 passende Anlagefläche 3c vorgesehen, die eine formschlüssige Anlage beider Kopplungsabschnitte 2, 3 aneinander ermöglicht. Weiter erkennt man Rillen, Vertiefungen 3.1 oder Rücksprünge 3.2 im zweiten Kopplungsabschnitt 3, welche sich wiederum senkrecht zur Längsrichtung X, im Wesentlichen im Umfangsrichtung des Gewichtselements 1, erstrecken und zusammen mit den Vertiefungen 2.1, 2.2 nach dem zusammenfügen zweier Gewichtselemente 1 die Gewichtselemente 1 im Verbindungsbereich umlaufende Rillen oder Vertiefungen bilden, in denen Fixierelemente versenkt werden können, so dass diese in die Oberfläche der Gewichtselemente eingelassen sind und nicht etwa durch Reibung im Bohrloch beim Abteufen beschädigt werden oder das Abteufen behindern können.
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Der Vorgang beim Verbinden zweier Gewichtselemente 1 ist in den 2A und 2B sowie 3A und 3B gezeigt, auf die im Folgenden Bezug genommen wird.
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Dazu nimmt der erste Kopplungsabschnitt 2 den zweiten Kopplungsabschnitt 3 formschlüssig auf, wobei der leicht konisch zum freien Ende hin verlaufende Eingriffsvorsprung 3a des zweiten Kopplungsabschnitts 3 in die Eingriffsausnehmung des ersten Kopplungsabschnitts 2 eingebracht wird. Die Vertiefungen 4 beider Gewichtselemente fluchten nach Herstellen des Formschlusses miteinander, wie dies insbesondere in der 3B vergrößert dargestellt ist. Weiter fluchten dann ebenfalls die Vertiefung 2.1 im ersten Kopplungsabschnitt 2 mit der Vertiefung 3.1 im zweiten Kopplungsabschnitt 3. Dasselbe gilt für die Vertiefung 2.2 des ersten Kopplungsabschnitts 2, die mit dem Rücksprung 3.2 des zweiten Kopplungsabschnitts fluchtet, so dass etwa ringförmige, die Gewichtselemente 1 im Verbindungsbereich umlaufende Vertiefungen gebildet werden, in welche zur Fixierung Kabelbinder oder ähnliche Fixierelemente eingebracht werden können. Um auch den Verbindungsabschnitt eines Kabelbinders in der Vertiefung unterzubringen, kann die Vertiefung 3.1, 3.2, 2.1, 2.2 lokal in Richtung X gegenüber der übrigen Kanalbreite verbreitert oder/und zusätzlich vertieft sein.
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Schließlich ist in den 4A und 4B die weitere Funktion des ersten Kopplungsabschnitts 2 als Adapter für den Sondenkopf 5 einer Erdwärmesonde gezeigt.
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Der gezeigte Sondenkopf 5 weist zwei zueinander in Richtung X versetzte Abschnitte 5a, 5d auf. Am Ende 5b des Abschnitts 5a sind Eingriffsausnehmungen vorgesehen, in die die Vorsprünge 2b des ersten Kopplungsabschnitts eingreifen. Der zweite Abschnitt 5d des Sondenkopfes 5 weist einen im Wesentlichen runden Endabschnitt 5c auf, welcher formschlüssig in der schalenförmigen Aufnahme 2c des ersten Kopplungsabschnitts aufgenommen wird. Da die Vorsprünge 2b auf der der Anlagefläche 2c abgewandten Seite des ersten Kopplungsabschnitts 2 angeordnet sind, wird der erste Kopplungsabschnitt 2 zwischen den Endabschnitten 5b und 5c des Sondenkopfes 5 zudem verklemmt, so dass eine kraft- und formschlüssige Verbindung zwischen Gewichtselement 1 und Sondenkopf 5 erzielt wird. Ferner kann, wie in 4B gezeigt, die Vertiefung 2.2 oder 2.1 noch genutzt werden, um einen zusätzlichen Kraftschluss zwischen Sondenkopf 5 und erstem Kopplungsabschnitt 2 etwa (wie oben beschrieben) durch einen Kabelbinder 6, einen Draht oder ein sonstiges Umschlingungselement herzustellen, welcher im gezeigten Beispiel in der Vertiefung 2.2 liegt und den Anlageabschnitt 5e des Sondenkopfes 5 umschließt.
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Das in 5 gezeigte Endgewicht 1' unterscheidet sich von dem zuvor beschriebenen Gewichtselement 1 lediglich dadurch, dass es lediglich einen Kopplungsabschnitt 2 aufweist. Die Beschreibung der Bezugszeichen entspricht der vorangegangenen Beschreibung und muss daher nicht wiederholt werden. Am dem Kopplungsabschnitt 2 gegenüber liegenden Ende weist das Endgewichtselement 1' einen konisch zulaufenden Abschnitt 2d auf, der sich vom Kopplungsabschnitt weg (entgegen dem Richtungspfeil X) verjüngt. Weiter erkennt man weitere Vorsprünge 2b', mit denen sich ein Ankoppeln an eine Erdwärmesonde ermöglichen lässt. Diese weiteren Vorsprünge 2b' können auch bei den Gewichtselementen gemäß der vorher beschriebenen Ausführungsformen vorgesehen sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202010007525 U1 [0002]
