DE20306216U1

DE20306216U1 - Endsondenumlenkfuß

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Publication number: DE20306216U1
Application number: DE20306216U
Authority: DE
Original assignee: STS SPEZIAL TIEFBAU SYSTEME GM; STS SPEZIAL-TIEFBAU-SYSTEME GmbH
Current assignee: STS SPEZIAL TIEFBAU SYSTEME GM; STS SPEZIAL-TIEFBAU-SYSTEME GmbH
Priority date: 2003-04-19
Filing date: 2003-04-19
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2013-04-20

Abstract

Erdsondenumlenkfuß für eine Erdwärmegewinnungsanlage, dadurch gekennzeichnet, daß der Erdsondenumlenkfuß (1) aus zwei miteinander verbundenen Umlenkstücken (2, 3) besteht, von denen jedes einen rohrartigen Umlenkbogen (4) aufweist und die im miteinander verbundenen Zustand einen Zylinderabschnitt (5) bilden, welcher an einem Ende eine etwa ebene Stirnfläche (6) und am anderen Ende eine Kegelspitze (6a) aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Erdsondenumlenkfuß für eine Erdwärmegewinnungsanlage.
Bei der Erdsonde einer Erdwärmegewinnungsanlage handelt es sich um ein Paket von insgesamt vier Rohren (je zwei Vor- und je zwei Rücklaufrohre), welche in eine in das Erdreich eingebrachte Bohrung abgesenkt werden und an ihren unteren Enden an den sogenannten Erdsondenumlenkfuß angeschlossen sind, der jeweils bogenförmige Rohrabschnitte aufweist, welche die Vor- und Rücklaufrohre miteinander verbinden.
Durch diese Erdsonde wird ein Medium geleitet, welches in der Lage ist, Wärmeenergie aufzunehmen und zu speichern. In aller Regel wird hierzu ein Frostschutzmittel verwendet.
In jedem Falle handelt es sich um ein flüssiges Medium, welches durch die Vor- und Rücklaufrohre sowie über den Erdsondenumlenkfuß durch die Erdwärmegewinnungsanlage gepumpt wird.
Der Erdsondenumlenkfuß kann im einfachsten Falle aus zwei Rohrkrümmern bestehen, die mit den unteren Enden der Vor- und Rücklaufrohre verbunden werden. Eine derartige Konstruktion ist allerdings ungünstig, da die Erdsonde dann nur schlecht in ein Bohrloch eingebracht werden kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Erdsondenumlenkfuß für eine Erdwärmegewinnungsanlage zu schaffen, der einfach und preiswert herstellbar ist und für das Einbringen einer Erdsonde in ein Bohrloch besonders geeignet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Erdsondenumlenkfuß aus zwei miteinander verbundenen Umlenkstücken besteht, von denen jedes einen rohrartigen Umlenkbogen aufweist und die im miteinander verbundenen Zustand einen Zylinderabschnitt bilden, welcher an einem Ende eine etwa ebene Stirnfläche und am anderen Ende eine Kegelspitze aufweist.
Jedes der Umlenkstücke wird mit den Vor- und Rücklaufrohren der Erdsonde fest verbunden, so daß ein störungsfreier Kreislauf des für die Wärmeübertragung vorgesehenen Mediums gewährleistet ist. Durch die beiden zusammengesetzten oder zusammengefügten Umlenkstücke wird ein Zylinderabschnitt gebildet, der zu seiner Unterseite hin die Form einer Kegelspitze aufweist.
Durch diese geometrische Formgestaltung wird das Einführen der Erdsonde in ein Bohrloch erheblich vereinfacht.
Die beiden Umlenkstücke sind nach einer Weiterbildung der Erfindung jeweils einstückig aus Kunststoff hergestellt.
Hierbei handelt es sich um eine besonders preisgünstige und einfache Herstellungsweise.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die beiden Umlenkstücke über angeformte Schwalbenschwanzführungen miteinander verbunden sind.
Die beiden Umlenkstücke brauchen insoweit nur zusammengeschoben zu werden und können bei Bedarf durch eine Querschraube, eine Klammer oder dergleichen zusätzlich gegeneinander gesichert werden.
Die Vor- und Rücklaufrohre einer Erdsonde werden im Bereich der ebenen Stirnfläche mit den Umlenkbögen der Umlenkstücke verbunden. Hierbei kann die Verbindung durch Verschweißen, Verkleben oder Verschrauben erfolgen.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des Erdsondenumlenkfußes besteht darin, daß dieser im Mantelbereich des Zylinderabschnittes mit mindestens einer Längsnut versehen ist. Durch diese Längsnut wird das Absenken der Erdsonde auch bei im Bohrloch befindlichem Wasser erheblich erleichtert, da das Wasser seitlich durch die Nut hindurchströmen kann und somit eine Kompression im Bohrloch vermieden wird.
Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der beigefügten Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
1 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Erdsondenumlenkfußes mit daran angeschlossenen Vor- und Rücklaufrohren,
2 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles II in 1,
3 eine Ansicht eines Umlenkstückes des Erdsondenumlenkfußes in Richtung des Pfeiles III in 1.
4 eine teilweise im Schnitt dargestellte Draufsicht auf einen Erdsondenumlenkfuß nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung,
5 einen Schnitt nach der Linie V-V in 4,
6 einen der 5 entsprechenden Schnitt durch einen Erdsondenumlenkfuß nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
In den 1 und 2 ist mit dem Bezugszeichen 1 insgesamt ein Erdsondenumlenkfuß bezeichnet, der aus zwei Umlenkstücken 2 und 3 besteht.
Die beiden Umlenkstücke 2 und 3 weisen jeweils einen Umlenkbogen 4 auf.
Im zusammengesetzten Zustand, so wie in den 1 und 2 gezeigt, bilden die beiden Umlenkstücke 2 und 3 einen Zylinderabschnitt 5, welcher an einem seiner Enden eine etwa ebene Stirnfläche 6 und an seinem anderen Ende eine Kegelspitze 6a aufweist.
Jeder Umlenkbogen 4 weist einen etwa U-förmigen Verlauf auf und die Eintritts- oder Austrittsöffnungen dieser Umlenkbögen 4 liegen im Bereich der ebenen Stirnfläche 6 des Zylinderabschnittes 5.
Ebenfalls im Bereich der ebenen Stirnfläche 6 werden an den Erdsondenumlenkfuß 1 Vor- und Rücklaufrohre 7 angeschlossen, beispielsweise durch Verschweißung, Verklebung oder Verschraubung.
Die Vor- und Rücklaufrohre 7 weisen die gleichen Innendurchmesser auf wie die Umlenkbögen 4. Die Umlenkbögen 4 bilden den unteren Umlenkbereich der Vor- und Rücklaufrohre 7.
Die Verbindung der beiden Umlenkstücke 2 und 3 miteinander erfolgt über Schwalbenschwanzführungen 8, was insbesondere aus 2 sehr anschaulich hervorgeht.
2 macht darüber hinaus deutlich, daß insgesamt zwei Schwalbenschwanzführungen 8 vorgesehen sind, die symmetrisch zur Mittellängsachse des Erdsondenumlenkfußes 1 angeordnet und hinsichtlich ihrer vorspringenden Führungsstege bzw. zurückspringenden Führungsnuten spiegelbildlich zueinander an den Umlenkstücken 2 und 3 vorgesehen sind. Durch diese Anordnung können die beiden Umlenkstücke 2 und 3 vorteilhafterweise formidentisch ausgebildet sein.
Die beiden Umlenkstücke 2 und 3 sind vorteilhafterweise aus Kunststoff hergestellt, bevorzugt aus einem solchen Kunststoff, aus dem auch die Vor- und Rücklaufrohre 7 bestehen.
Wie weiterhin aus 2 sehr deutlich hervorgeht, ist der Erdsondenumlenkfuß 1 im Bereich seiner Mantelfläche mit insgesamt zwei einander gegenüber liegenden, in Achsrichtung des Erdsondenumlenkfußes 1 verlaufenden Nuten 9 versehen. Durch diese Nuten 9 kann im Falle des Absenkens des Erdsondenumlenkfußes 1 in eine ins Erdreich eingebrachte Bohrung möglicherweise vorhandenes Grundwasser an dem Erdsondenumlenkfuß 1 vorbeiströmen, so daß das Einführen des Erdsondenumlenkfußes 1 auch in ein mit Grundwasser teilweise gefülltes Bohrloch bequem und problemlos eingebracht werden kann.
Im Bereich der Kegelspitze 6a sind die beiden Umlenkstücke 2 und 3 mit quer zur Längsachse des Erdsondenumlenkfußes 1 verlaufenden Querbohrungen 10 und 11 ausgestattet.
Dabei ist die mit dem Bezugszeichen 11 bezeichnete Querbohrung stirnseitig mit jeweils einer Ansenkung 12 versehen, was 3 sehr deutlich zeigt, und insgesamt für das Einbringen einer nicht dargestellten Verbindungsschraube vorgesehen, um die beiden Umlenkstücke 2 und 3 gegebenenfalls auch noch zusätzlich zu den Schwalbenschwanzführungen 8 gegeneinander zu sichern, insbesondere gegen Verschiebung in Längsrichtung der Schwalbenschwanzführungen 8.
Eine derartige Querverbindung durch eine Befestigungsschraube ist allerdings nicht zwingend notwendig, sondern stellt nur eine zusätzliche Sicherheitsmaßnahme dar.
Die mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnete Querbohrung kann dazu benutzt werden, ein Beschwerungsgewicht an die Kegelspitze 6a des Erdsondenumlenkfußes 1 anzuhängen, wodurch das Einführen in ein Bohrloch gegebenenfalls vereinfacht werden kann.
Der beschriebene Erdsondenumlenkfuß 1 besteht aus zwei preiswert herstellbaren, formidentischen Umlenkstücken 2 und 3, die im zusammengesetzten Zustand eine ideale Form zum Absenken in ein Bohrloch bilden. Die Verbindung der beiden Umlenkstücke 2 und 3 kann durch Zusammenschieben über die Schwalbenschwanzführungen 8 auf einfache Art und Weise erfolgen. Gegebenenfalls kann noch eine Sicherung durch eine Befestigungsschraube vorgesehen werden, die die Querbohrungen 11 der beiden Umlenkstücke 2 und 3 durchtritt.
Durch die umfangsseitigen Nuten 9 wird ein erhöhter Widerstand beim Absenken des Erdsondenumlenkfußes 1 in ein teilweise mit Grundwasser gefülltes Bohrloch deutlich verringert, so das Grundwasser durch diese Nuten 9 am Erdsondenumlenkfuß 1 vorbeiströmen kann.
Insoweit ist der erfindungsgemäße Erdsondenumlenkfuß nicht nur preiswert herstellbar, sondern auch leicht und schnell zusammen zu setzen und leicht und sicher in ein Bohrloch einzubringen.
Da ein Erdsondenumlenkfuß im unteren Endbereich eines Erdbohrloches in das Grundwasser eintaucht, entstehen Auftriebskräfte, die letztendlich auch die Vor- und Rücklaufrohre 7 in unerwünschter Weise belasten.
Um diese Auftriebskräfte abzufangen, ist es nach einem weiteren Gedanken der Erfindung besonders vorteilhaft, wenn der Erdsondenumlenkfuß mit einem Verankerungsmechanismus ausgestattet ist.
Ausführungsbeispiele für derartige, mögliche Konstruktionen sind in den 4 bis 6 gezeigt.
Beim Ausführungsbeispiel nach den 4 und 5 umfaßt ein derartiger Verankerungsmechanismus 2 in den Erdsondenumlenkfuß 1 integrierte Klapphaken 13. Dieser Verankerungsmechanismus umfaßt zwei in den Erdsondenumlenkfuß 1 integrierte Klapphaken 13, die innerhalb von Ausnehmungen 14 des Erdsondenumlenkfußes 1 innerhalb dessen äußerer Begrenzungsfläche liegen und um Schwenkachsen 15 in Richtung der Pfeile A in 5 nach außen abklappbar sind.
Die Klapphaken 13 sind durch Federn 16 in Ausklapprichtung belastet und durch Keile 17 in der in 5 gezeigten, eingeschwenkten Stellung gesichert.
An den Keilen 17 sind Zugseile 18 angeschlossen, die ein Herausziehen der Keile 18 aus der gesicherten Stellung der Klapphaken 13 ermöglichen.
Sobald die Keile 17 aus ihrer Verriegelungs- oder Sicherungsstellung herausgezogen sind, bewegen sich die Klapphaken 13 im Sinne der Pfeile A nach außen und bilden somit ankerartige Widerhaken, die ein Aufschwimmen des Erdsondenumlenkfußes 1 im Falle des Eintauchens in Grundwasser eines Bohrloches verhindern. Die Klapphaken 13 greifen dann in den Umgebungsbereich der Erdlochbohrung ein und fixieren den Erdsondenumlenkfuß gegen nach oben gerichtete Auftriebskräfte.
In 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung eines Erdsondenumlenkfußes 1 mit Klapphaken 13 gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Erdsondenumlenkfuß 1 von einer Tragstange 30 durchtreten, an welcher die Klapphaken 13 um Schwenkachsen 15 schwenkbar angeschlossen sind. Hier sind die Klapphaken 13 durch Schenkelfedern 16a in Ausklapprichtung ständig belastet. Durch Halteseile 19, die an den freien Enden der Klapphaken 13 befestigt sind und die andererseits bei eingeschwenkten Klapphaken 13 an einem oberen Abschnitt 20 der Tragstange 30 befestigt sind, sind die Klapphaken 13 beim Einführen des Erd sondenumlenkfußes 1 in ein Erdbohrloch gesichert gemäß der Darstellung in der linken Zeichnungshälfte der 6.
Nach dem Einbringen des Erdsondenumlenkfußes 1 in ein Erdbohrloch kann der obere Bereich 20 der Tragstange 30 von dem unteren Bereich getrennt werden, da im Übergangsbereich eine Sollbruchstelle 21 beliebiger Art vorgesehen ist, die ein leichtes Abtrennen des oberen Bereiches 20 von der Tragstange 18 im übrigen ermöglicht. Ist eine derartige Abtrennung erfolgt, sind die Halteseile 19 frei und die Klapphaken 13 können unter der Wirkung der Schenkelfedern 16a nach außen klappen und eine Verankerungsstellung einnehmen, so wie in der rechten Bildhälfte der 6 gezeigt.
Durch die Klapphaken 13 wird eine Fixierung des Erdsondenumlenkfußes 1 innerhalb des Erdbohrloches in axialer Richtung bewirkt, so daß Auftriebskräfte nicht auf die Vor- und Rücklaufrohre 7 einwirken können.
Selbstverständlich sind auch anders gestaltete Verankerungsmechanismen denkbar und möglich, da es letztlich im wesentlichen darauf ankommt, den Erdsondenumlenkfuß 1 mit Mitteln auszustatten, die das Einbringen des Erdsondenumlenkfußes in eine Erdlochbohrung zunächst nicht behindern und die nach dem Einbringen des Erdsondenumlenkfußes in seine bestimmungsgemäße Position nach außen vorstehend abgeklappt oder anderweitig nach außen bewegt werden können, um sich im Erdbereich verankern zu können.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß 6 kann die Trennung des oberen Abschnittes 20 von der Tragstange 30 im übrigen auch durch eine Gewindeverbindung ermöglicht werden.

Claims

Erdsondenumlenkfuß für eine Erdwärmegewinnungsanlage, dadurch gekennzeichnet, daß der Erdsondenumlenkfuß (1) aus zwei miteinander verbundenen Umlenkstücken (2, 3) besteht, von denen jedes einen rohrartigen Umlenkbogen (4) aufweist und die im miteinander verbundenen Zustand einen Zylinderabschnitt (5) bilden, welcher an einem Ende eine etwa ebene Stirnfläche (6) und am anderen Ende eine Kegelspitze (6a) aufweist.
Erdsondenumlenkfuß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Umlenkstücke (2, 3) jeweils einstückig aus Kunststoff hergestellt sind.
Erdsondenumlenkfuß nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Umlenkstücke (2, 3) über Schwalbenschwanzführungen (8) miteinander verbindbar sind.
Erdsondenumlenkfuß nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Umlenkstücke (2, 3) jeweils mit zwei Schwalbenschwanzführungen (8) versehen sind, wobei die Schwalbenschwanzführungen (8) symmetrisch zur Mittellängsachse des Erdsondenumlenkfußes (1) angeordnet und bezüglich ihrer positiven bzw. vorspringenden Führungsschienen einerseits und ihrer negativen bzw. zurückspringenden Führungsnuten spiegelbildlich zueinander angeordnet sind, so daß die beiden Umlenkstücke (2, 3) untereinander formidentisch ausgebildet sein können.
Erdsondenumlenkfuß nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Erdsondenumlenkfuß (1) in seinem Mantelbereich mit mindestens einer in Achsrichtung des Erdsondenumlenkfußes (1) verlaufenden Nut (9) versehen ist.
Erdsondenumlenkfuß nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Erdsondenumlenkfuß (1) im Bereich seiner Kegelspitze (6a) mit einer Querbohrung (10) zur Durchführung einer Aufhängung für ein Beschwerungsgewicht ausgestattet ist.
Erdsondenumlenkfuß nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Erdsondenumlenkfuß (1) im Bereich seiner Kegelspitze (6a) mit einer stirnseitig mit Ansenkungen (12) versehenen Querbohrung (11) zur Aufnahme einer Verbindungsschraube ausgestattet ist.
Erdsondenumlenkfuß nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Erdsondenumlenkfuß (1) mit einem Verankerungsmechanismus ausgestattet ist.
Erdsondenumlenkfuß nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei Klapphaken (13) vorgesehen sind, die in einer Nichtgebrauchsstellung innerhalb der äußeren Begrenzung des Erdsondenumlenkfußes (1) liegen und die unter der Wirkung von Federn (16, 16a) um Schwenkachsen (15) über die äußere Begrenzung des Erdsondenumlenkfußes (1) hinausragend ausklappbar sind und in diesem ausgeklappten Zustand ankerförmige Widerhaken zur axialen Fixierung des Erdsondenumlenkfußes (1) in einer Erdlochbohrung bilden.
Erdsondenumlenkfuß nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Klapphaken (13) innerhalb von Aussparungen (14) des Erdsondenumlenkfußes (1) in diesem integriert sind und in Nichtgebrauchsstellung durch Keile (17) gesichert sind.
Erdsondenumlenkfuß nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß an den Keilen (17) Zugseile (18) befestigt sind, mittels derer die Keile (17) aus ihrer Sicherungsstellung herausziehbar sind.
Erdsondenumlenkfuß nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Klapphaken (13) unterhalb des Erdsondenumlenkfußes (1) an einer dem Erdsondenumlenkfuß (1) durchtretenden Tragstange (30) um Schwenkachsen (15) schwenkbar gelagert sind und durch Schenkelfedern (16a) in Ausklapprichtung belastet sind, wobei die Klapphaken (13) in Nichtgebrauchsstellung durch an ihren freien Enden angeschlossene Halteseile (19) gesichert sind, die mit ihren anderen Enden an einem oberen, von der Tragstange (30) im übrigen trennbaren Bereich (20) der Tragstange (30) angeschlossen sind.
Erdsondenumlenkfuß nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Bereich (20) über eine Sollbruchstelle (21) mit dem übrigen Bereich der Tragstange (30) leicht trennbar verbunden ist.
Erdsondenumlenkfuß nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Bereich (20) über eine Gewindeverbindung mit dem übrigen Bereich der Tragstange (30) leicht trennbar verbunden ist.