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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Leitungssystemkomponenten
für ein
Luftleitsystem (oder ein Luftbehandlungssystem) wie ein Wohn-, kommerzielles
oder industrielles Heiz-, Ventilations- und Klimaanlagen-(HVAC)-System.
Insbesondere bezieht es sich auf (eine) integral geformte, schaumbasierte
Luftleitsystemleitungskomponente(n), die hervorragende Handlings-
und Nutzungs-Eigenschaften aufweist(/en).
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Wohn-,
kommerzielle und Industrieluftleitsysteme schließen verschiedene Leitungselemente ein,
die benutzt werden, um erhitzte, gekühlte und/oder gefilterte Luft
von einer Quelle zu einem oder mehreren Räumen zu leiten. Insbesondere kann
das Luftleitsystem ein Erwärmungssystem
(z. B. einen Ofen, eine Wärmepumpe,
einen elektrischen Heizer etc.), ein Kühlsystem (z. B. eine Klimaanlage)
und/oder ein Filtersystem enthalten. Unabhängig von der Art, auf die die
Luft behandelt wird, leiten die Leitungskomponenten die behandelte
Luft (üblicherweise über Lüfter oder
Gebläse)
zu den interessierenden Räumen
bzw. zu dem interessierenden Raum. Die Leitungselemente können ein
oder mehrere eines Sammelelementes (Plenum) sein (z. B. ein Heißluftsammelraum,
ein gerader Kaltluftsammelraum, ein Kaltluftsammelraum mit Ofenabzweigung), Heißluftentnahmen,
Leitungen, Rohre (z. B. gerade oder gebogene), Schuhe, Wandanschlüsse, Register (z.
B. Wand- oder Bodenregister), T-Stücke, Reduzierstücke etc.
(im Folgenden jeweils bezeichnet als „Leitungselemente"). Derartige Leitungselemente werden
traditionell aus Metall hergestellt, insbesondere aus galvanisiertem
rostfreiem Stahl oder Blech. Obwohl im großen Umfang angewandt, haben
Edelstahl- oder Blech-Leitungskomponenten eine Anzahl von möglichen
Nachteilen.
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Z.
B. sind metallische Leitungselemente nicht energieeffizient. Über die
Dicke eines Elementes tritt Wärmetransport
auf, insbesondere während Perioden
der Nichtbenutzung. Des gleichen werden aufgrund der unterschiedlichen
Größe oft Schwierigkeiten
festgestellt, wenn zwei separate Leitungselemente (z. B. eine Leitung
mit einem Sammelraum; ein Register mit einem Schuh etc.) verbunden
werden. Aus diesen Gründen
ist es fast unmöglich,
einen luftdichten Abschluss zwischen zwei zusammengefügten Leitungselementen
zu erreichen; statt dessen müssen
zusätzliche
Dichtmaterialien (z. B. Dichtband) benutzt werden, um eine luftdichte
Verbindung sicherzustellen. Aufgrund der zusätzlichen Zeit, die benötigt wird,
um diese Hilfsdichtung anzubringen, können Installateure, die unter
engen Zeitvorgaben arbeiten, gezwungen sein, deren Benutzung zu
unterlassen. Dieser Fehler wiederum kann dazu führen, ungewünschten Dreck, Staub und Bakterien
in die Luftleitsystemleitungen einzuführen. Außerdem sind die scharfen Kanten,
die bei vielen metallischen Leitungselementen vorhanden sind, gefährlich und
können
bei der Installation Verletzungen verursachen. Obwohl galvanisierter
rostfreier Stahl recht robust ist, wird über die Zeit eine Verschlechterung
oder ein Bruch auftreten, im Wesentlichen aufgrund von Korrosion.
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Es
wurden Maßnahmen
ergriffen, um wenigstens einige der obigen Probleme anzusprechen. Insbesondere
wird eine separate Isolierschicht oft um die Rohrleitungskomponenten
gewickelt, um unerwünschten
Wärmetransport
zu minimieren. Die separat ausgebildete Isolationsschicht(en) ist/sind
teuer und verursachen Handlingsschwierigkeiten und zusätzliche
Installationszeit. Als Alternative beschreibt US-Patent Nr. 3,352,326
für Gustafson
eine vorfabrizierte Leitung für
ein Klimaanlagensystem, das aus einem inneren und einem äußeren Metallrohr
besteht, die ein dazwischenliegendes Glasfaserisolationsmaterial
halten. Leider sind diese vorfabrizierten Leitungen nicht angepasst,
um an existierende Systeme angepasst zu werden. Des Weiteren ist
so genanntes Ductboard verfügbar,
das eine eingeschlossene Isolationsschicht aufweist, wie z. B. in
US-Patent Nr. 5,918,644 beschrieben. Unabhängig von der genauen Konstruktion
wird Ductboard angeboten, jeweils als Platte oder als blanke Form
und wird dann gebogen, um eine Leitung zu bilden. Als solche hat Ductboard
geringe strukturelle Stärke
und ist beschränkt
auf oberirdische Anwendungen, insbesondere verstärkte Luftleitanwendungen. Ein
weiterer Nachteil, der den oben beschriebenen Leitungsisolationstechniken
gemein ist, ist dass sie begrenzt sind lediglich auf Rohr- und Leitungs-Komponenten.
Vermutlich wegen der erhöhten
mit ihnen verbundenen Kosten wurden keine Bemühungen ergriffen, um andere
Leitungskomponenten (z. B. Sammelleitungen, Schuhe, etc.) mit einer
Isolationsschicht auszustatten.
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Erhebliche
Mühen wurden
aufgewandt, um die Konstruktion und die Brauchbarkeit der „Haupt"-Luftleitsystemkomponenten,
wie Öfen
und Klimaanlagen zu verbessern. Aber die Leitungskomponenten sind
im Wesentlichen unverändert
und basieren ausschließlich
auf traditioneller Metallfertigung. Jegliche Verbesserungen an diesen
Metallkonstruktionen könnte
die Wohn-, kommerzielle und industrielle Luftleitsystemindustrie
revolutionieren. Leider haben bisherige Bemühungen keine kommerziell sichtbaren
Ergebnisse gezeitigt. Deshalb besteht das Bedürfnis für Luftleitsystemleitungskomponenten,
die integriert ausgebildet sind, um eine Isolierschicht zu beinhalten
und die auf einer kosteneffektiven Basis hergestellt werden können.
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US-A-5,095,942
offenbart eine Leitung, die eine dünne innere Plastikschicht hat,
die durch einen expandierten Schaumkern abgedeckt ist, der durch eine
dünne Kunststoffschicht
abgedeckt ist.
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Gemäß der Erfindung
ist eine Leitung vorgesehen und Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Optionale
Merkmale sind in den abhängigen
Ansprüchen
erläutert.
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Ein
Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Leitungselement
für ein
Luftleitsystem mit einer rohrförmigen
Schauminnenschicht, die integral mit einer dünnen, nicht metallischen Außenschicht
gebildet ist. Die Kombination von Innen- und Außenschichten sind gekennzeichnet
als die erforderliche Stärke
aufweisend für
den Gebrauch des Elementes in einem Luftleitsystem ohne den Einschluss
einer metallbasierten Schicht. In einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Innenschicht ein geschlossenzelliger Schaum und die äußere Schicht
ist Kunststoff. Unabhängig
davon kann das Leitungselement eine große Unterschiedlichkeit an Formen
annehmen wie eine Leitung, ein Rohr, ein Bogen, ein Schuh, ein T-Stück, ein
Register, ein Wandanschluss, eine Abnahme, ein Sammelrohr, usw.
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Ein
anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
zur Herstellung eines Leitungselementes für ein Luftleitsystem. Das Verfahren
umfasst, ein Material mit Bezug zu Schaum und ein Kunststoffmaterial
vorzusehen. Das Material mit Bezug zu Schaum wird mit dem Kunststoffmaterial
geformt, um ein Leitungs element zu bilden, das eine rohrförmige Innenschaumschicht
und eine Außenkunststoffschicht
enthält.
Diesbezüglich ergibt
das Formverfahren ein Leitungselement, das anpassbar ist für den Gebrauch
in einem Luftleitsystem und erforderliche Stärke hat ohne eine zusätzliche
Metallschicht zu benötigen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform
ist ein Rotationsformverfahren benutzt, um das Leitungselement auszubilden.
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Ein
anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren,
ein vorhandenes metallisches Leitungselement eines Luftleitsystems zu
ersetzen. Das Verfahren umfasst, ein geformtes, schaumbasiertes
Leitungselement, das in den Abmessungen und der Form angepasst ist,
um nach Größe und Form
ein metallisches Leitungselement zu ersetzen. Das metallische Leitungselement
wird von dem Luftleitsystem entfernt. Abschließend wird das schaumbasierte
Leitungselement in dem Luftleitsystem montiert, um so das metallische
Leitungselement zu ersetzen. Diesbezüglich ist das schaumbasierte
Leitungselement ausreichend fest, um seine Position innerhalb des
Luftleitsystems unabhängig von
einer separaten Metallschicht oder einer Stützung beizubehalten.
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Ein
weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf eine
Leitung für
ein Luftleitsystem mit einem Sammelraum, wenigstens einer Leitung
und wenigstens einem Register. Diesbezüglich besteht der wenigstens
eine Sammelraum, die Leitung und das Register aus rohrförmigen Schauminnenschicht,
die integral geformt ist mit einer dünnen, nicht metallischen Außenschicht.
Die Kombination der inneren und der äußeren Schicht sind charakterisiert
als die benötigte
Stärke
vorsehend für
den Gebrauch des Elementes in dem Luftleitsystem ohne den Einschluss
einer Metall-basierten
Schicht.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine Explosionsansicht eines HVAC-Luftleitsystems einschließlich Komponenten gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2A ist
eine vergrößerte Querschnittansicht
eines Abschnittes einer Leitung gemäß 1;
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2B ist
eine vergrößerte Querschnittansicht
eines Abschnittes einer alternativen Ausführungsforms-Leitung gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2C ist
eine Längsschnittansicht
einer Leitung gemäß 1;
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3A-3C sind
perspektivische Ansichten von Sammelleitungselementen gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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4A und 4B sind
perspektive Ansichten von Rohrleitungselementen gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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5A und 5B sind
perspektivische Ansichten von abzunehmenden Leitungselementen gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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6A bis 6D sind
perspektivische Ansichten von Schub-Leitungselementen gemäß der vorliegenden
Erfindung und
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7 ist
eine perspektivische Ansicht einer Wandleitungskomponente gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte
Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
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Ein
Luftleitsystem 10, das Leitungselemente (generell mit 12 bezeichnet)
enthält
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist in 1 gezeigt. Diesbezüglich zeigt
das Luftleitsystem 10 von 1 lediglich
eine von einer Vielzahl von möglichen
Konfigurationen, bei denen die vorliegende Erfindung nützlich ist.
Das heißt,
Luftleitsysteme, wie das System 10 von 1, ist
ausgelegt, um die Bedürfnisse,
insbesondere von Wohn-, kommerziellen- oder industriellen Installationen
zu erfüllen.
Demgemäß können in
Abhängigkeit der
speziellen Installationsnotwendigkeiten zusätzliche der Leitungselemente 12,
die in 1 gezeigt sind, eingeschlossen werden und/oder
andere der Leitungselemente 12 weggelassen werden. Aber
wenigstens eines der Leitungselemente 12, vorzugsweise
alle der Leitungselemente 12 der speziellen Systeminstallation
sind ein integriert geformter, schaum-basierter Körper, der
die entsprechende strukturelle Steifigkeit hat und Luftleitungseigenschaften
ohne die Notwendigkeit einer separaten Metallschicht. Die Komponente(n) 12 gemäß der vorliegenden
Erfindung ist/sind ein stark verbessertes Substitut für die herkömmlichen
Leitungselemente aus galvanisiertem rostfreien Stahl oder Metallblech, die
notwendigerweise ein separat umwickeltes Isolationsmaterial benötigen, um
Wärmedurchgangsverluste
zu begrenzen.
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Unter
Berücksichtigung
des obigen ist eine beispielhafte Komponente 12 gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Luftrohr 14 (generell unter Bezug genommen
in 1). In Sachen von Gesamtabmessungen und Form ersetzt
die Leitung 14 Leitungen, wie sie bisher in Wohn-, kommerziellen
oder Industrie-Luftleitsystemanwendungen benutzt wurden und kann
so gerade sein (z. B. die Leitung 14a in 1) oder
gekrümmt
(z. B. die Leitung 14b in 1). Ein Beispiel
der Leitung 14 ist detaillierter gezeigt durch die Schnittansicht
von 2A und weist eine innere Schicht 16 und
eine äußere Schicht 18 auf.
Allgemein ist die Innenschicht 16 ein geformter Schaum,
während
die Außenschicht 18 Kunststoff
ist. Mit dieser Konstruktion werden die Innen- und die Außenschicht 16, 18 miteinander
verbunden, wobei die innere Schaumschicht 16 ausreichend
Festigkeit liefert, um die Leitung 14 innerhalb des Luftleitsystems 10 zu
halten.
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Wie
im Rahmen dieser Beschreibung benutzt wird, ist ein „Schaum" oder „Schaummaterial" ein leichtgewichtiges
Zellenmaterial, das von der Einführung
von Gasblässchen
in einen reagierenden Polymer herrührt. Unter Berücksichtigung
dieser Definition ist die innere Schaumschicht 16 vorzugsweise ein
geformter, gehärteter
oder steifer Schaum, der eine relativ hohe Dichte hat, wie er normalerweise verbunden
ist mit geformten Polyethylenschaum, wie unten beschrieben. Diese
bevorzugte Schaumcharakterisik verleiht der Innenschaumschicht 16 ein
hohes Kompressionsmodul oder Stützfaktor,
ausreichend für
die Leitung 14 (oder andere Leitungselemente wie unten
beschrieben), um seine Form über längere Zeiträume (wenigstens
10 Jahre) beizubehalten, wenn es Kräften ausgesetzt ist, die normalerweise
in Wohn-, kommerziellen oder Industrieluftleitsystemleitungsanwendungen
auftreten (z. B. kann die Leitung 14 unterirdisch eingegraben
werden, von einer Decke abgehängt
werden etc.).
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Unter
Berücksichtigung
der oben beschriebenen Charakterisika, die mit der Schauminnenschicht 16 verbunden
sind (z. B. geformter, steifer Schaum), dient die äußere Schicht 18 im
Wesentlichen als Schutzbeschichtung oder Haut, die die Unverletzlichkeit
des Äußeren der
Leitung 14 während des
Handlings und der Installation bewahrt. Insbesondere kann die Schauminnenschicht 16 etwas
bröckelig
sein; die äußere Schicht 18 begrenzt
mögliches
Krümmeln
oder Abflocken der Schauminnenschicht 16 im Falle, dass
die Leitung 14 versehentlich andere harte Gegenstände berührt. Des
Weiteren sieht, wie unten beschrieben, die äußere Schicht 18 eine
glatte ästhetisch
ansprechende Außenfläche für die Leitung 14 und/oder
eine gewünschte
Farbe vor. Aber, da die äußere Schicht 18 keine
zusätzliche Stütze einer
strukturellen Steifigkeit der inneren Schaumschicht 16 bereitstellen
muss, und so ist sie vorzugsweise ein dünner, gehärteter Kunststoff wie Polyethylen.
Insbesondere ist die äußere Schicht 18 vorzugsweise
mit einer Dicke von weniger als 0,25 Zoll (6,35 mm) insbesondere
weniger als 0,125 Zoll (3,175 mm), am bevorzugtesten weniger als
0,0625 Zoll (1,587 mm). Des Weiteren, obwohl die Innenschicht 16 und
die Außenschicht 18 in 2A dargestellt
sind als durch eine klare Trennlinie definiert, kann abhängig von
der speziellen Herstellungstechnik (z. B. Rotationsformen) ein gradueller Übergang von
der Schauminnenschicht 16 zu der Außenschicht 18 bei
der vorliegenden Erfindung auftreten. Unabhängig davon weist die Außenschicht 18 kein
Metall auf und ist dichter und widerstandsfähiger als die Schauminnenschicht 16.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird die Leitung 14 durch eine Rotationsgieß-(oder „Roto-Molding"-)Technik gebildet.
Generell ist Rotationsgießen
ein Verfahren, bei dem Teile geformt werden mit Hitze und Rotation.
Eine Form, die in eine gewünschte
Form (z. B. ein Rohr) ausgearbeitet ist, wird in eine Rotationsgiessmaschine
eingesetzt, die Lade-, Heiz- und Kühlbereiche vorsieht. Ein vorabgemessenes
Kunststoffharz wird in dem Ladebereich der Maschine in die Form
geladen. Anschließend wird
die Form und das Harz einer Wärmequelle
ausgesetzt, um das Kunststoffharz unter kontrollierten Bedingungen
zu schmelzen. Insbesondere wird die Form biachsial (vertikal und
horizontal) rotiert, so dass das schmelzende Harz an der heißen Form klebt
und jede Fläche
davon gleichmäßig beschichtet.
Die Form dreht während
eines Kühlzyklus
weiter, so dass das sich ergebende Teil eine gleichmäßige Wanddicke
erhält.
Rotationsgießen
wurde bisher verwandt, um verschiedene Nur-Kunststoffteile wie Möbel und
Spielzeug herzustellen. Bei dieser vorliegenden Erfindung ist aber überraschend
festgestellt worden, dass eine akzeptable Kombinations-Leitungs-Komponente mit einer
Schauminnenschicht und eine Kunststoffaußenschicht vorgesehen werden
kann durch Rotationsformen.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst das Material, das benutzt wird zur Rotationsformung der
Leitung 14 ein Kunststoffharz und ein Schäummittel.
Das gewählte
Kunststoffharz und Schäummittelzusätze werden
gewählt,
um die innere Schicht 16 als eine feste, geschlossenzelligen Schaum
und die äußere Schicht 18 als
eine relativ dünne,
einschließende
Kunststoffhaut zu erzeugen. Diesbezüglich ist das bevorzugte Kunststoffharz
Polyethylen, insbesondere lineares niederdichtes Polyethylen (linear
low-density polyethylen, LLDPE). Alternativ können andere Polyethylene, wie
hochdichtes Polyethylen (HDPE), niederdichtes Polyethylen (LDPE)
etc. akzeptierbar sein. Außerdem
können
andere Kunststoffharze wie andere Polyolefine, Ethy lenvinylacetate,
Polyvinylchloride, Polyester, Nylon, Polycarbonate, Polyurethane
etc. benutzt werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform
ist das Kunststoffharz LLDPE-basiert unter der Handelsbezeichnung „LL8460" erhältlich von
Exxon-Mobile aus
Toronto, Ontario, Kanada. Alternative Kunststoffharzzusammensetzungen
sind verfügbar,
z. B. von A. Schulman aus Akron, Ohio unter der Handelsbezeichnung „LBAXL0360"
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Das
gewählte
Schäummittel
in Kombination mit dem gewählten
Kunststoffharz erzeugt die Schauminnenschicht 16 während des
Rotationsformens. Dies berücksichtigend
ist ein bevorzugtes Schäummittel
erhältlich
unter dem Handelsnamen „CELOGEN" von UniRoyal Chemical
Company aus Hartford, Connecticut als ein aktiviertes Azodicarbonamid.
Wenn es während
des Formungsprozesses erhitzt wird, erzeugt das Schäummittel
ein Gas, das innerhalb des geschmolzenen Kunststoffs gefangen ist
und diesen zum Schäumen
bringt. Das Material hat dann poröse Wände, die steifer aber leichter
in Gewicht sind als eine feste Wand der gleichen Stärke.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
besteht die Formzusammensetzung aus einem Verhältnis von Kunststoffharz und
Schäummittel
von etwa 2:3 (das heißt
40 % Kunststoffharz und 60 % Schäummittel).
Dieses eine bevorzugte Verhältnis wurde überraschend
festgestellt in einer geformten, hochfesten aber leichtgewichtigten
Schauminnenschicht in Kombination mit einer gehärteten, glatten ästhetisch
ansprechenden Außenschicht
oder Haut zu resultieren. Diesbezüglich wird das Schäummittel vorzugsweise
zugesetzt, kurz nachdem der Erhitzungs-/Rotationszyklus begonnen
hat. Bei dieser einen bevorzugten Ausführungsform schmilzt das Kunststoffharz
und formt die dünne
Außenschicht 18, wobei
das anschließend
zugesetzte Schäummittel verursacht,
dass das Schäumen
auftritt, wobei diese(s) geschäumte
Schicht/Material integral geformt oder verbunden ist mit der äußeren Hautschicht.
Alternativ kann eine Trockenmischung des Kunststoffharzes und des
Schäummittels
kombiniert und in die Form gegeben werden vor dem Erhitzen/Rotieren, resultierend
in einem integrierten Hautschaum. Außerdem können Montagetechniken verwandt
werden, anders als Rotationsformen, wie Laminieren der Außenschicht 18 auf
eine vorgeformte Schauminnenschicht 16, Injektionsformen
der Schichten 16, 18 etc.
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Indem
bevorzugter Weise die innere Schicht 16 als ein geschlossenzelliger
Schaum hergestellt wird, wird eine gleichmäßige Innenseite vorgesehen zum
Leiten des Luft stroms. Das heißt,
die Innenschicht 16 (d. h. die Innenfläche der Leitung) kann einem
Luftstrom „ausgesetzt
werden", ohne dass durch
die Luft getragene Teilchen eng mit einzelnen Zellen der Schauminnenschicht 16 agieren
und/oder Luft durch die Schauminnenschicht 16 „leckt". Dies ist in direktem
Gegensatz zu vorherigen rotationsgeformten Teilen in nicht nahe
liegenden Bereichen, die ein Isoliermaterial zwischen innere und äußere Kunststoffschichten
schichten. Aber, bei einer alternativen Ausführungsform weist die Leitung 14 weiterhin
eine geschmolzene Innenschicht 19 auf, die in Kombination
mit der Außenschicht 18 die
Schauminnenschicht 16 wie in 2B gezeigt,
einschließt.
Mit diesem alternativen Ansatz kann die Innenschaumschicht 16 andere
Formen annehmen, wie einen offenzelligen Schaum.
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Die
Formulierung für
die Formkomponenten kann weiterhin andere Zusätze einschließen, die
gewisse Charakteristika der resultierenden Leitungskomponenten verbessern.
Zum Beispiel werden die Kunststoff- und Schäummittelkomponenten vorzugsweise
gewählt,
um die Innenschicht 16 mit einem erhöhten R-Wert für verstärkte Isolationseffekte
zu versehen und so sehr nützlich
für extreme
Temperaturanwendungen zu sein (z. B. Speicherraum oder Kriechkeller).
In einer bevorzugten Ausführungsform kann
die Leitung 14 beispielsweise einen R-Wert von 18 oder
größer haben.
Andererseits, für
Luftleitanwendungen, wo ein erhöhter
R-Wert kein kritischer Faktor ist, können die gewählten Materialien und/oder
die ergebende Wanddicke in einem niedrigeren R-Wert resultieren. Außerdem kann ein flammhemmendes
Additiv benutzt werden.
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Außerdem kann
ein gewünschtes
Farb- oder Pigmentierungsadditiv benutzt werden, um eine gewünschte Außenfarbe
für die
Leitung 14 zu erzeugen. Jegliche hitzestabile und nicht
reagierenden Farben, die bekannt und verfügbar sind für den Gebrauch mit den gewählten Kunststoffharzen
(und Schäummitteln
bei der bevorzugten Rotationsformtechnik) können benutzt werden. Erläuternde
Beispiele für
geeignete Farben schließen
Carbonschwarz ein, Quinaeridon-Rot, Anthraquinon und perione Färbemittel,
um nur ein paar zu nennen. Die sich ergebenden Leitungselemente
(wie die Leitung 14) können
so theoretisch jede Farbe haben, wie schwarz, rot, gelb, braun usw.
Andere optionale Additive schließen Füller ein, Takifiziermittel,
Dispergiermittel, UV-Stabilisierer und/oder Antioxidantien.
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Zurückkommend
auf die 1 weist das geformte Rohr 14 vorzugsweise
ein männliches
Ende 20 und ein weibliches Ende 22 auf. Das weibliche Ende 22 ist
ein sich nach außen
erstreckender Flansch, der bemessen ist, um ein männliches
Teil eines separaten Leitungselementes aufzunehmen, wie detaillierter
unten beschrieben. Des Weiteren sind das männliche Ende 20 und
das weibliche Ende 22 exakt ausgebildet, um einen luftdichten
Abschluss vorzusehen, wenn ein separates Leitungselement darin montiert
wird. Wie am Besten in der 2C gezeigt
ist, weist das weibliche Ende 22 einen inneren Querschnittbereich
auf, der größer ist
als der innere Querschnittsbereich des männlichen Teils 20.
Insbesondere korrespondiert die innere Abmessung des weiblichen
Endes 22 mit den äußeren Abmessungen des
männlichen
Endes 20. Dies stellt eine deutliche Verbesserung zur bisherigen
Metallblechleitungselementen dar, die separate Verbindungselemente
benötigen,
um zwei Leitungsteile zu verbinden entlang einer Dichtung, um eine
luftdichte Dichtung zu erreichen. In dieser Beziehung stellt die
bevorzugte Rotationsformtechnik einen glatten Übergang zu dem geflanschten
weiblichen Ende 22 dar. Das heißt, die scharfen Kanten, die
mit dem Metallblechleitungen verbunden sind, werden mit der vorliegenden
Erfindung eliminiert, wodurch die Möglichkeit von Verletzungen
minimiert wird beim Handling der Leitung 14. Andere der
Leitungskomponenten 12 werden detaillierter unten beschrieben.
Als eine generelle Aussage gilt, dass jede der Komponenten 12 vorzugsweise identisch
in der Konstruktion ist mit der Leitung 14, die oben beschrieben
wurde, lediglich unterschiedlich in Form und Abmessungen. Insbesondere
sind jede der Leitungskomponenten 12, die unten beschrieben
sind, vorgesehen als integral geformte röhrenartige Körper, die
aus einer festen, inneren Schaumschicht und einer äußeren nicht
metallischen, vorzugsweise Kunststoffschicht bestehen. Diesbezüglich sind
jede der Leitungselemente 12, die unten beschrieben sind,
vorzugsweise rotationsgeformte Teile, die eine geschlossenzellige
innere Schaumschicht haben, die eine innere Fläche des entsprechenden Teiles
definiert.
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Unter
zusätzlicher
Bezugnahme auf 3A umfasst ein anderes der Leitungskomponenten 12 der
vorliegenden Erfindung einen Heißluftsammelraum („Plenum") 30. Wie
im Stand der Technik bekannt, wird das Heißluftplenum 30 benutzt,
um Luft von einer Luftquelle 24 (die in der 1 als
ein Heizer oder ein Ofen gezeigt wird) zu anderen Leitungselementen
zu leiten. Diesbezüglich
wird das Heißluftplenum 30 üblicherweise
benutzt in Kombination mit einem Heißluftabnahmeelement 32,
das vorzugsweise vorgesehen wird, gemäß der vorliegenden Erfindung.
Sowohl das Heißluftplenum 30 und
die Heißluftabnahme 22 sind
bevorzugterweise bemessen für eine
Montage, wie sie in 1 gezeigt ist, wobei das Heißluftplenum 30 eine
Bodenöffnung
(nicht gezeigt) hat, die strömungsmäßig verbunden
ist mit dem Heißluftauslass 32.
Des Weiteren weist das Heißluftplenum 30 eine
oder mehrere Leitungsöffnungen 34 auf
(von denen eine in den 1 und 3A gezeigt ist),
die vorzugsweise in das Heißluftplenum 30 geschnitten
wurde, nach dem oben beschriebenen Rotationsformprozess. Unabhängig davon
sind alle Kanten des Heißluftplenums 30 und
der Heißluftabnahme 32 gerundet,
um so die Möglichkeit
für Handhabungsverletzungen
zu minimieren, als auch um eine ästhetische
Erscheinung der Komponenten 30, 32 zu verbessern.
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Zusätzlich zu
dem Heißluftplenum 30 kann die
Leitungskomponente 12 der vorliegenden Erfindung einen
Kaltluftsammelraum/Abnahme 40 oder einen geraden Kaltluftsammelraum 42 aufweisen, wie
er detaillierter in den 3B bzw. 3C dargestellt
wird. Der Kaltluftsammelraum/Abnahmeraum 40 umfasst ein
erstes, männliches
Ende 44, das angepasst ist für eine Strömungsverbindung mit der Luftquelle 24 und
ein zweites, weibliches Ende 46, das angepasst ist, um
ein korrespondierendes Ende der Kaltluftgeradleitung 42 in
einer luftdichten Verbindung aufzunehmen. Wiederum ist das weibliche Ende 46 ein
integriert geformter, sich nach außen erstreckender Flansch ohne
scharfe Kanten. Der gerade Kaltrohrluftsammelraum 42 weist
in gleicher Weise ein männliches
Ende 48 und ein weibliches Ende 50 auf. Das männliche
Ende 48 ist bemessen, um direkt in dem weiblichen Ende 46 des
Kaltluftplenums/Abnahme 40 aufgenommen zu werden. In gleicher
Weise ist das weibliche Ende 15 angepasst, um direkt mit
anderen Leitungskomponenten verbunden zu werden mit der Leitung 14a,
die in 1 gezeigt ist. Zusätzliche Leitungskomponenenten
schließen gerade
Rohre ein, von denen eines exemplarisch gezeigt ist von der Position 60 in 4A.
Wiederum ist das gerade Rohr 60 ein integral geformtes
schaumbasiertes Teil, das gegenüberliegende
männliche
Enden 62, 64 aufweist. Jedes der männlichen
Enden 62, 64 kann mit einem korrespondierenden
weiblichen Ende eines separaten Leitungselementes verbunden werden
oder kann strömungsgesichert
mit einem separaten Leitungselement über eine Ringklammer 66 (1)
verbunden werden, das eine bekannte Ringklammer sein kann, die üblicherweise
in der HVAC-Industrie verwandt wird. Alternativ kann das Rohr 60 eines
der Enden 62, 64 als ein weibliches Ende (d. h.
mit vergrößertem Innendurchmesser) ausgebildet
haben mit Abmessungen, um das männliche
Ende eines separaten Leitungselementes aufzunehmen. Das gerade Rohr 60 kann
eine große Bandbreite
von Längen
haben. In einem weiter bevorzugten Ausführungsbeispiel hat das Rohr 60 integriert
ausgeformte ringförmige
Rippen 68a, 68b benachbart zu den Enden 62 bzw. 64.
Die ringförmigen Rippen 68a, 68b liefern
eine An schlagfläche,
um das gerade Rohr 60 an ein separates Leitungselement
zu montieren. Wenn das männliche
Ende 62 beispielsweise in ein weibliches Ende eines separaten
Leitungselementes eingeführt
wird, wird die ringförmige Rippe 68a das
weibliche Ende kontaktieren und ein weiteres Einschieben verhindern,
wodurch sichergestellt wird, dass eine gewünschte Länge des Rohres 60 mit
dem separaten Leitungselement ist. Wenn eine Ringklammer 66 benutzt
wird, definieren die ringförmigen
Rippen 68a, 68b einen Ort für die Ringklammer 66 relativ
zu den Enden 62, 64, die gekoppelt werden.
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Zusätzlich,
obwohl nicht besonders in der 1 gezeigt,
können
die Leitungselemente 12 gemäß der vorliegenden Erfindung
ein gekrümmtes Rohr 70 aufweisen,
wie in 4B gezeigt. Das gekrümmte Rohr 70 ist
vorzugsweise geformt, um die gegenüberliegenden männlichen
Enden 72, 74 auszubilden. Alternativ kann eines
der Enden 72 oder 74 ein weibliches Ende ausbilden
wie zuvor beschrieben. In einer weiter bevorzugten Ausführungsform umfasst
das geformte gekrümmte
Rohr 70 eine integral geformte kreisförmige Rippe 76 benachbart
zu jedem der Enden 72, 74. Davon unabhängig kann das
gekrümmte
Rohr 70 ausgebildet werden, um einen großen Bereich
von Biegungswinkeln abzudecken, die üblicherweise in der HVAC-Industrie
verwandt werden, beispielsweise 22,5°, 45° oder 90°.
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Ein
weiteres Leitungselement 12 gemäß der vorliegenden Erfindung
ist eine gekrümmte
Abnahmeöffnung 80,
wie sie detaillierter in 5A gezeigt ist.
Die gekrümmte
Leitungsabnahme 80 wird benutzt, um einen Luftstromabzweig
aus einer Leitung (wie aus der Leitung 14c in der 1)
festzulegen. Wenn man dies berücksichtigt,
weist das gekrümmte Abnahmerohr 80 integriert
ein männliches
Ende 82 und ein weibliches Ende 84 auf. Weiterhin
ist vorzugsweise eine ringförmige
Rippe 86 integriert ausgeformt benachbart zum männlichen
Ende 82. Das weibliche Ende 84 umfasst einen vergrößerten,
sich nach außen
erstreckenden Flansch 88, in den mehrere Löcher 90 eingeformt
sind nach dem Formvorgang. Schrauben oder andere zur Verfügung stehende
Befestigungselemente ragen durch diese Löcher 90 hindurch,
um den Flansch 88 und damit den die Abzweigung 80 mit
der Leitung 14c zu verbinden. Die gekrümmte Leitungsabnahme 80 kann
geformt sein, um einen großen
Bereich von Krümmungswinkeln abzudecken,
aber er ist vorzugsweise eine 90° Krümmung. Alternativ
kann ein gerader Leitungsabnahme 92 vorgesehen werden,
wie sie in der 5B gezeigt ist.
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Eine
weitere Leitungskomponente 12 gemäß der vorliegenden Erfindung
ist ein Schuh, wie ein 90° Bodenschuh 100,
der detaillierter in 6A gezeigt ist. Der 90° Bodenschuh
ist vergleichbar mit herkömmlichen
HVAC-Bodenschuhen im Hinblick auf Abmessungen und Form, aber ist
eine integriert geformte, schaumbasierte Komponente. Diesbezüglich bildet
der 90° Bodenschuh 100 integriert
ein Rohrende 102 und ein Einschubende 104 und
weist vorzugsweise eine ringförmige
Rippe 106 benachbart zum Rohrende 102 auf. Das
Einschubende 104 ist bemessen für das Kuppeln mit einem korrespondierenden
Leitungselement (wie einer Wandeinführung oder einem Register,
wie unten beschrieben). Alternativ kann das Einschubende 104 ein
weibliches Ende aufweisen, das bemessen ist, um direkt ein männliches
Ende des korrespondierenden Leitungselementes aufzunehmen. Alternative
Schuhkonstruktionen gemäß der vorliegenden
Erfindung schließen einen
geraden Bodenschuh 110 ein (6B), einen linken
Bodenschuh 112 (6C) und
einen rechten Bodenschuh 114 (6D).
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Ein
weiteres Leitungselement 12 gemäß der vorliegenden Erfindung
ist ein Wandanschluss 120, der detaillierter in 7 gezeigt
ist. Der Wandanschluss 120 bildet gegenüberliegende männliche
Enden 122, 124. Die männlichen Enden 122, 124 sind bemessen,
um direkt in einer luftdichten Weise in weiblichen Enden von korrespondierenden
Schuhen aufgenommen zu werden, wo diese vorgesehen sind. Alternativ
kann ein Kupplungselement (in der 1 nicht
gezeigt) benutzt werden, wenn diese Schuhe keine weiblichen Anschlussenden
aufweisen.
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Zurückkommend
zur 1 stehen andere Leitungselemente 12 zur
Verfügung
gemäß der vorliegenden
Erfindung einschließlich
eines Reduzierstückes 128,
eines Wandregisters 130, eine Wandregisterkupplung 132,
eine Wandregisterkupplung 134 und ein Sammelleitungskuppler 136.
Weiterhin können
die Leitungselemente 12 Komponenten enthalten, die in 1 nicht
spezifisch dargestellt sind, die aber in Luftleitsystemleitungen üblicherweise
benutzt werden, wie T-Stücke,
Bogenstücke
etc.
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Beispiele
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wurden hergestellt. Insbesondere würden 8'' × 16'' Fünf-Fuß-Leitungen,
16'' × 14''-Reduzierstücke und 6'' 90°-Abzweigleitungselemente
rotationsgeformt bei Custom-Roto-Mold, Inc. aus Benson, Minnesota unter
Benutzung einer bedarfsweise angepassten Rotationsformmaschine,
die hergestellt wurde durch Ferry Industries, Inc. aus Stow, Ohio.
Für jede
der Leitungselemente wurde eine entsprechend bemessene und ausgebildete
Form hergestellt und in der Rotationsformmaschine montiert. Ein
LLDPE-Harz, das unter der Handelsbezeichnung „LL8460" von ExxonMobile aus Toronto, Ontario,
Kanada verfügbar ist,
wurde in die Form geladen und die Rotationsformmaschine wurde betätigt (z.
B. erhitzt und biachsial rotiert) für etwa 10 Minuten, was in einer
dünnen Schicht
von LLDPE resultiert, die entlang der Formwand ausgebildet ist.
Der Zyklus der Rotationsformmaschine wurde dann unterbrochen und
ein Schäummittel,
das unter dem Handelsnamen „CELOGEN" von Uni-Royal Chemical Company
aus Hartford, Connecticut erhältlich
ist, wurde in die Form gegeben. Das Verhältnis von Schäummittel
zu LLDPE war 3 : 2. Der Betrieb der Rotationsformmaschine wurde
dann wieder aufgenommen für
etwa 40 Minuten einschließlich
einem Abkühlzyklus.
Das sich ergebende Leitungselement wurde aus der Form entnommen.
Jede der oben hergestellten Leitungen, Reduzierstücke und
90°-Abzweigungen wie
eine feste, geschlossenzellige Schauminnenschicht auf. Jede der
Leitungskomponenten war korrekt bemessen zur Benutzung in einem
Luftleitsystem und wies minimale Wärmeübergangswerte auf. Alle Außenflächen waren
hochglatt und widerstanden Kratzen und anderen Arten von Verschlechterungen.
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Wie
sich aus dem obigen ergibt, soll die vorliegende Erfindung in keiner
Weise begrenzt sein auf kreisförmige
Rohre. Stattdessen kann nahezu jedes Leitungselement mit der vorliegenden
Erfindung hergestellt werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
sind alle Hauptleitungen eines spezifischen Luftleitsystems aus
Elementen zusammengesetzt gemäß der vorliegenden
Erfindung. Während
der Montage werden die präzise
geformten männlichen und
weiblichen Enden der entsprechenden Komponenten leicht und direkt
miteinander verbunden und bilden eine luftdichte Passung ohne die
Notwendigkeit von separatem Dichtungsmaterial. Natürlich können einige
Anlagen Layout-Abwandlungen von einem oder mehreren der Leitungselemente 12 benötigen, wie
beispielsweise Erzeugung eines Loches durch eine Leitung 14,
um eine Fluidkupplung mit einem anderen Element zu erleichtern,
wie mit einer Abnahme.
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Alternativ
können
aber auch eine oder mehrere der Leitungselemente von konventioneller
Art (d. h. aus Metallblech) mit den korrespondierenden Leitungselementen
gemäß der vorliegenden
Erfindung verbunden werden (z. B. ein Bodenschuh gemäß der vorliegenden
Erfindung wird verbunden mit einem metallischen glatten Rohr). Selbst
weitere Leitungselemente gemäß der vorliegenden
Erfindung können benutzt
werden, um ein vorhandenes System aufzuarbeiten. Beispielsweise
kann ein vorhandenes Luftleitsystem eine Anzahl von unterschiedlichen
Leitungskomponenten aufweisen, von denen jedes aus konventionellem
Metallblech oder galvanisiertem Stahl ist. Für den Fall, dass ein spezielles
Leitungselement ausgetauscht werden muss (z. B. ein Bodenschuh wurde
beschädigt
oder auf andere Weise verschlechtert), wird der vorhandene metallische
Schuh einfach entfernt und mit dem integriert geformten schaumisolierten
Schuh gemäß der vorliegenden
Erfindung ersetzt.
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Im
Licht des obigen markiert die vorliegende Erfindung eine Verbesserung
zu bisherigen Konstruktionen. Leitungselemente gemäß der vorliegenden
Erfindung stellen eine signifikante Verbesserung dar über konventionelle
metallische Konstruktionen. Es gibt keine Notwendigkeit für zusätzliche
Isolationen, die während
eines Installationsverfahrens aufgebracht werden müssen, da
die innere Schaumschicht hoch energieeffizient ist. Des Weiteren
versieht die bevorzugte Rotationsformtechnik die sich ergebenden
Leitungselemente glatt mit abgerundeten Kanten. Die Leitungselemente
sind nicht-toxisch, nicht alergen und wasserresistent. Weiterhin
sind die Abmessungsmerkmale jedes Elementes so, dass ein abgedichtetes
Verhältnis
erreicht wird beim Verbinden von zwei Elementen, was die Notwendigkeit
für Dichtband
oder andere Dichtmaterialen überflüssig macht.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung beschrieben wurde unter Bezugnahme auf
bevorzugte Ausführungsformen
werden Fachleute erkennen, dass Änderungen
an der Form und an Details vorgenommen werden können, ohne den Umfang der vorliegenden
Erfindung zu verlassen, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert wird.