DE20021105U1

DE20021105U1 - Sondenfuß

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Publication number: DE20021105U1
Application number: DE20021105U
Authority: DE
Original assignee: FRANK GmbH
Current assignee: FRANK GmbH
Priority date: 2000-10-02
Filing date: 2000-12-13
Publication date: 2001-06-13
Anticipated expiration: 2010-12-14

Description

-1 - Khl&Schaafhausen

PATENTANWÄLTE

Sondenfuß

Die Erfindung betrifft einen Sondenfuß für eine Erdwärmesonde zum Einführen in ein Bohrloch.

Derartige Erdwärmesonden werden zur Ausnutzung der Erdwärme als Wärmetauscher in Bohrlöcher eingeführt. Eine Soleflüssigkeit wird zum Wärmeaustausch mit der Umgebung und zum Transport der aufgenommenen Erdwärme nach oben oder ein Solezulaufrohr bis zum Sondenfuß geleitet, von dem aus die erwärmte Sole über ein Solerücklaufrohr an die Oberfläche zurückgeleitet wird.

Aus der CH 687 268 A5 ist ein Sondenfuß für eine Erdsonde bekannt, bei der das Solezulaufrohr und das Solerücklaufrohr über ein um 180° gekrümmtes Kunststoffrohr verbunden sind, deren Oberfläche keine sprungartigen Verengungen aufweist. Das Einbringen der Sonde in das Erdreich ist mit dem aus einem U-förmigen Kunststoffrohr bestehenden bekannten Sondenfuß jedoch schwierig. In einem Bohrloch stehen häufig seitlich Steine und/oder Erdklumpen hervor, die beim Einführen der Sonde zur Seite gedrückt werden müssen. Dabei kann das U-förmige Kunststoffrohr selbst oder seine Verbindung mit dem Solezulaufrohr oder dem Solerücklaufrohr beschädigt werden. Dies ist insbesondere in der Nähe von Trinkwasserreservoirs gefährlich, da hierdurch die Reinheit des Grundwassers beeinträchtigt werden kann.

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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen häufig auch als Sondenkopf bezeichneten Sondenfuß der eingangs genannten Art zu schaffen, der eine erhöhte Sicherheit gegen Leckage bietet, leicht und zuverlässig in ein Bohrloch einführbar ist und gleichzeitig einen möglichst geringen Strömungswiderstand für die zirkulierende Soleflüssigkeit bietet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Sondenfuß gelöst, der ein Anschlusselement mit wenigstens einem Anschluss für ein Solezulaufrohr und wenigstens einem Anschluss für ein Solerücklaufrohr und ein Verbindungselement aufweist, dessen zylindrisches Ende flüssigkeitsdicht mit dem Anschlusselement verbunden ist, und das die Anschlüsse des Anschlusselements derart miteinander verbindet, dass der Strömungsquerschnitt innerhalb des Sondenfußes annähernd konstant ist. Das sich verjüngend ausgebildete Verbindungselement ermöglicht dabei ein besonders leichtes Einführen des Sondenfußes in ein Bohrloch im Erdreich. Gleichzeitig wird durch das Anschlusselement eine besonders haltbare Verbindung zwischen den soleflüssigkeitführenden Rohren und dem Sondenfuß geschaffen. Der innerhalb des Sondenfußes annähernd konstante Strömungsquerschnitt ermöglicht eine Zirkulation der Soleflüssigkeit in der Erdwärmesonde mit minimalen Strömungsverlusten.

Da bei Erdwärmesonden das Bohren eines ausreichend tiefen Bohrlochs im Erdreich besonders kostenintensiv ist, werden in ein Bohrloch häufig zwei oder mehr Leitungssysteme eingebracht, in denen Soleflüssigkeit zirkuliert. Die Rohrkreisläufe können dabei gegenseitig als Ersatzkreisläufe dienen, so dass beim Ausfall eines Rohrkreislaufs in Folge von Undichtigkeiten das Bohrloch durch den zweiten Rohrkreislauf weiter genutzt werden kann, ohne dass ein neues Bohrloch gebohrt zu werden braucht. Es wird daher besonders bevorzugt, dass in dem Anschlusselemente zwei Anschlüsse für Solezulaufrohre und zwei Anschlüsse für Solerücklaufrohre vorgesehen sind. Damit lassen sich zwei Rohrkreisläufe mit einem Sondenfuß in ein Bohrloch einbringen.

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In Weiterbildung dieses Erfindungsgedankens ist in dem Verbindungselement für jedes Anschlusspaar eine im Wesentlichen zu den Anschlüssen senkrecht verlaufende Nut vorgesehen, deren Länge dem Abstand eines Anschlusspaares entspricht. Ein Solezulaufrohr und ein Solerücklaufrohr, die gemeinsam ein Rohrleitungspaar bilden, können somit durch die Nut im Verbindungselement zu einem Kreislauf verbunden werden, der von eventuell vorhandenen weiteren soleführenden Rohren unabhängig ist. Bei einer Leckage in einem Rohrkreislauf besteht daher nicht die Gefahr, dass Soleflüssigkeit anderer Rohrkreisläufe durch diese Leckage austritt. Gleichzeitig wird durch die Ausbildung der Nut gewährleistet, dass die Soleflüssigkeit ohne Querschnittsverengung in dem Sondenfuß zirkulieren kann.

Eine besonders stabile und haltbare Verbindung zwischen dem Anschlusselement und dem Verbindungselement kann dadurch erreicht werden, dass diese miteinander verschweißt werden. Dadurch wird die Gefahr von Leckagen und damit der Verunreinigung von Trinkwasser deutlich minimiert. Alternativ hierzu ist es auch möglich, den Sondenfuß einstückig bspw. in einem Spritzgussverfahren herzustellen.
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Durch eine sich von dem zylindrischen Ende zu einer diesem gegenüberliegenden Spitze hin verjüngende, vorzugsweise kegelförmige Ausgestaltung des Verbindungselementes wird das Einführen des Sondenfußes in ein Bohrloch weiter erleichtert. Seitlich in das Bohrloch einfallende Steine und Erdklumpen werden durch das Verbindungselement beim Einführen des Sondenfußes in das Bohrloch zur Seite gedrückt, so dass weder das Anschlusselement noch die Solezulaufrohre und die Solerücklaufrohre beschädigt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in der sich verjüngenden Spitze des Verbindungselements ein Gewinde vorgesehen. Durch die-

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• ··

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ses Gewinde wird das Anhängen von Gewichten an dem Sondenfuß ermöglicht, womit der Sondenfuß durch die Schwerkraft der Gewichte zusätzlich in das Bohrloch gezogen wird. Das Einführen des Sondenfußes in das Bohrloch wird dadurch weiter erleichtert.

Wasser und Luft, die in einem Bohrloch vorhanden sind, können beim Einführen des Sondenfußes in das Bohrloch leicht an dem Sondenfuß vorbeiströmen, wenn an der Außenseite des Verbindungselements und des Anschlusselements erfindungsgemäß miteinander fluchtende Nuten angeordnet sind. Das Einführen des Sondenfußes in das Bohrloch wird somit nicht durch sich aufstauende Luft oder Flüssigkeit behindert.

Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass in dem Anschlusselement eine zentrale Gewindebohrung vorgesehen ist. Durch diese Gewindebohrung ist es möglich, eine Füllvorrichtung oder eine Einschiebevorrichtung an dem Sondenfuß zu fixieren. Das Einführen des Sondenfußes in das Bohrloch und das anschließende Verfüllen des Bohrloch wird dadurch erleichtert.

Insbesondere bei großen Sondenfußdurchmessem können das Anschlusselement und/oder das Verbindungselement aus mehreren miteinander verbundenen Komponenten bestehen. Der Sondenfuß wird oft bereits nach der Fertigung mit Solezulaufrohren und Solerücklaufrohren verbunden, um eine hohe Verarbeitungsqualität zu gewährleisten. Der Transport der kompletten Erdwärmesonde zum Bohrloch kann daher aufgrund des hohen Gewichts der Erdwärmesonde schwierig werden. Die Unterteilung des Sondenfußes in mehrere Komponenten erleichtert daher den Transport zum Bohrloch.

Die einzelnen Komponenten des Anschlusselements und des Verbindungselements können besonders einfach und haltbar miteinander verbunden werden, wenn diese miteinander verschweißt und/oder verschraubt sind. Eine Ver-

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schweißung oder Verschraubung des Sondenfußes auf der Baustelle, d.h. unmittelbar vor dem Einführen des Sondenfußes in das Bohrloch ist leicht möglich.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 in teilweise geschnittener Darstellung eine Seitenansicht eines er-

findungsgemäßen Sondenfußes,

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Sondenfuß,

Fig. 3 eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Verbindungselement in

Richtung der Pfeile III in Fig. 1,

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 3,

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie V-V in Fig. 2 und

Fig. 6 in teilweise geschnittener Darstellung eine Seitenansicht eines

zweiten erfindungsgemäßen Verbindungselements.

Der in Fig. 1 dargestellte Sondenfuß 1 besteht aus einem Anschlusselement 2 und einem Verbindungselement 3. Das Anschlusselement 2 ist als Kreisscheibe ausgebildet, die mit vier Durchgangsbohrungen 4, 5, 6 und 7 versehen ist (Fig. 2). Am Außenumfang des Anschlusselements 2 sind zwei längsverlaufende Nuten 8 und 9 ausgebildet. Eine weitere Bohrung 10 ist zentral in dem Anschlusselement 2 vorgesehen und mit einem Gewinde ausgestattet. Wie aus Fig. 5 zu ersehen ist, ist in den Durchgangsbohrungen 4, 5, 6 und 7 des

i, 12, 13 bzw. 14 in

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mentes 2 jeweils ein ringförmiger Vorsprung 11, 12, 13 bzw. 14 in dem dem Verbindungselement 3 zugewandten Bereich vorgesehen. Durch die Vorsprünge 11, 12, 13 und 14 werden die Bohrungen 4, 5, 6 und 7 in zwei Bereiche mit größerem Durchmesser und einen Bereich mit durch die Vorsprünge verringertem Durchmesser unterteilt.

Das Verbindungselement 3 weist einen scheibenförmigen Bereich 15 auf, dessen Durchmesser im Wesentlichen dem Durchmesser des Anschlusselementes 2 entspricht. Mit dem scheibenförmigen Bereich 15 ist ein sich konisch verjüngender Bereich 16 einstückig ausgebildet. Das Verbindungselement 3 weist an seinem Außenumfang zwei längsverlaufende Nuten 17 und 18 auf, die, wie in Fig. 1 durch unterbrochene Linien angedeutet, mit den Nuten 8 und 9 des Anschlusselements 2 fluchten. In der Spitze des konischen Bereichs 16 des Verbindungselements 3 ist eine zentrale Gewindebohrung 19 ausgebildet. Auf der der Gewindebohrung 19 gegenüberliegenden Seite des Verbindungselements 3 sind in den scheibenförmigen Bereich 15 zwei Nuten 20 und 21 eingebracht. Wie aus Fig. 4 zu ersehen ist, weisen die Nuten 20 und 21 jeweils einen umlaufenden Absatz 22 bzw. 23 auf, durch den die Breite der Nut 20 bzw. 21 auf der dem Anschlusselement 3 zugewandten Seite vergrößert wird. Der Abstand der Nuten 20 und 21 voneinander entspricht dabei dem Abstand der Bohrungen 4, 5, 6 und 7 des Anschlusselements 2 zueinander. Die Länge der Nuten 20 und 21 ist so bemessen, dass diese mit jeweils zwei Bohrungen 4 und 5 bzw. 6 und 7 des Anschlusselements 2 in Überdeckung gebracht werden können.

Im Folgenden wird die Funktionsweise des Sondenfußes 1 näher erläutert: Das Anschlusselement 2 und das Verbindungselement 3 sind flüssigkeitsdicht miteinander verbunden. Dies kann durch flächiges Verschweißen erfolgen. Alternativ hierzu ist es auch möglich, das Anschlusselement einstückig mit dem Verbindungselement bspw. im Spritzgussverfahren zu fertigen. Die Nuten 8 und 9 des Anschlusselements 2 sind dabei so ausgerichtet, dass sie mit den Nuten 17

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bzw. 18 des Verbindungselements 3 fluchten. Dadurch werden jeweils zwei Bohrungen 4 und 5 bzw. 6 und 7 des Anschlusselements 2 einer Nut 20 bzw. 21 des Verbindungselements 3 zugeordnet. Die Nuten 20 und 21 verbinden dabei die Bohrungen 4 und 5 bzw. 6 und 7 miteinander, wobei diese gleichzeitig gegenüber den übrigen Bohrungen 6 und 7 bzw. 4 und 5 des Anschlusselements 2 abgedichtet sind. Durch die Absätze 11, 12, 13 und 14 des Anschlusselements 2 entstehen dem Verbindungselement 3 zugewandte Bereiche der Bohrungen 4, 5, 6 und 7 mit vergrößertem Durchmesser. Gleichzeitig wird durch die umlaufenden Absätze 22 und 23 der Nuten 20 bzw. 21 deren Durchmesser auf der dem Anschlusselement 2 zugewandten Seite vergrößert. In diesen einander zugewandten aufgeweiteten Bereichen kann sich bei einer Verschweißung des Anschlusselements 2 mit dem Verbindungselement 3 eine wulstförmige Schweißnaht ausbilden, ohne dass dadurch der Strömungsquerschnitt innerhalb der Bohrungen oder der Nuten verringert wird.

In jede der Bohrungen 4, 5, 6 und 7 des Anschlusselements 2 wird ein Rohr eingeführt, das an dem jeweiligen Vorsprung 11, 12, 13 bzw. 14 anliegt und dessen Innendurchmesser im Wesentlichen dem Innendurchmesser des Vorsprungs entspricht. Die Rohre werden dann an der dem Verbindungselement 3 abgewandten Seite des Anschlusselements 2 flüssigkeitsdicht mit diesem verschweißt. Diese Rohre bilden Solezulauf- bzw. Solerücklaufrohre, in denen eine Soleflüssigkeit zum Wärmeaustausch mit der Umgebung und zum Transport der aufgenommenen Wärme zirkuliert.

Durch die Gewindebohrung 10 des Anschlusselementes 2 kann eine Füllvorrichtung und eine Einschiebevorrichtung an dem Sondenfuß 1 befestigt werden. Die Einschiebevorrichtung wird dazu verwendet, den Sondenfuß 1 in ein Bohrloch zu treiben, ohne dass dabei die mit dem Sondenfuß 1 verbundenen Rohre belastet werden. Über die Füllvorrichtung wird der nicht durch den Sondenfuß 1 und die Rohre ausgefüllte Raum des Bohrlochs nach dem Einbringen der Sonde

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1 verfüllt, um einen möglichst guten Wärmeübergang zwischen dem Bohrloch und den Rohren zu ermöglichen.

Über die Gewindebohrung 19 des Verbindungselements 3 wird ein Gewicht an dem Sondenfuß 1 befestigt. Dieses Gewicht zieht den Sondenfuß 1 beim Einbringen in ein Bohrloch durch die Wirkung der Schwerkraft nach unten. Die auf den Sondenfuß 1 auszuübenden Kräfte zum Eintreiben in das Bohrloch werden dadurch verringert, so dass auch die Gefahr einer Beschädigung des Sondenfußes und/oder der Rohre vermieden wird.
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Luft und Flüssigkeit, die in dem Bohrloch vorhanden sind, können durch die miteinander fluchtenden Nuten 8 und 17 bzw. 9 und 18 an dem Sondenfuß 1 vorbeiströmen. Dadurch wird vermieden, dass sich in dem Bohrloch ein Druck aufbaut, der das Eintreiben des Sondenfußes 1 erschwert.

In Fig. 6 ist eine weitere Ausführungsform eines Verbindungselements 24 eines Sondenfußes 1 dargestellt. Teile des Verbindungselements, die mit denen des zuvor beschriebenen Verbindungselements 3 identisch sind, sind mit gleichen Bezugsziffem versehen. Das Verbindungselement 24 ist durch eine parallel zu den Nuten 20 und 21 verlaufende Trennebene 25 in zwei Hälften 24a und 24b unterteilt. Entsprechend ist auch das (in Fig. 6 nicht dargestellte) Anschlusselement in zwei Hälften unterteilt. Über eine senkrecht zu der Trennebene 25 verlaufende Durchgangsbohrung 26 können die beiden Hälften 24a und 24b des Verbindungselements 24 miteinander verschraubt werden. Dadurch werden auch die mit dem Verbindungselement 24 flüssigkeitsdicht verbundenen Hälften des Anschlusselements miteinander verbunden. Durch die Teilung des Sondenfußes 1 in zwei Hälften wird der Transport des Sondenfußes 1 und der damit verbundenen Rohre erheblich erleichtert. Die beiden Hälften des Sondenfußes 1 lassen sich auf der Baustelle unmittelbar vor dem Einbringen des Sondenfußes 1 in ein Bohrloch leicht zusammenfügen.

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Der Sondenfuß 1 und die damit verbundenen Rohre bestehen vorzugsweise aus Kunststoff, insbesondere aus Polyethylen (PE). Dieses Material ist leicht spannbar und gut schweißbar, so dass der Sondenfuß 1 sich leicht herstellen lässt. Polyethylen eignet sich auch zur Herstellung des erfindungsgemäßen Sondenfußes 1 im Spritzgussverfahren. Gleichzeitig zeichnet sind Polyethylen durch gute Korrosionsbeständigkeit und somit hohe Haltbarkeit aus.

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Bezugszeichenliste:

1	Sondenfuß	*• &phgr; &phgr; · &phgr; · &phgr; ·· &phgr; · · &phgr; · &phgr;**
2	Anschlusselement	• &phgr;&phgr; &phgr;· &phgr;&phgr;
3	Verbindungselement
4	Bohrung
CJl	Bohrung
6	Bohrung
7	Bohrung
8	Nut
9	Nut
10	Gewindebohrung
11	Vorsprung
12	Vorsprung
13	Vorsprung
14	Vorsprung
15	scheibenförmiger Bereich
16	konischer Bereich
17	Nut
18	Nut
19	Gewindebohrung
20	Nut
21	Nut
22	Absatz
23	Absatz
24	Verbindungselement
25	Trennebene
26	Durchgangsbohrung
	« · · ««&phgr;&phgr;&phgr;&phgr;&phgr;&phgr;&phgr;&phgr; *&phgr;&phgr;&phgr;&phgr;&phgr; &phgr;&phgr;&phgr;&phgr;· &phgr; &phgr;&phgr;&phgr; &phgr;&phgr;&phgr;&phgr;&phgr; &phgr; ·**
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Claims

1. Sondenfuß für eine Erdwärmesonde zum Einführen in ein Bohrloch, gekennzeichnet durch ein Anschlusselement (2) mit wenigstens einem Anschluss (4, 7) für ein Solezulaufrohr und wenigstens einem Anschluss (5, 6) für ein Solerücklaufrohr und einem Verbindungselement (3; 24), dessen zylindrisches Ende (17) flüssigkeitsdicht mit dem Anschlusselement (2) verbunden ist, und das die Anschlüsse (4, 5, 6, 7) des Anschlusselements (2) derart miteinander verbindet, dass der Strömungsquerschnitt innerhalb des Sondenfußes (1) annähernd konstant ist.

2. Sondenfuß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Anschlusselement (2) zwei Anschlüsse (4, 7) für Solezulaufrohre und zwei Anschlüsse (5, 6) für Solerücklaufrohre vorgesehen sind.

3. Sondenfuß nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Verbindungselement (2; 24) für jedes Anschlusspaar (4, 5; 6, 7) eine im Wesentlichen zu den Anschlüssen (4, 5, 6, 7) senkrecht verlaufende Nut (20, 21) vorgesehen ist, deren Länge dem Abstand eines Anschlusspaares (4, 7; 5, 6) entspricht.

4. Sondenfuß nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlusselement (2) und das Verbindungselement (3, 24) miteinander verschweißt sind.

5. Sondenfuß nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (3; 24) sich von dem zylindrischen Ende (17) zu einer diesem gegenüberliegenden Spitze (16) hin verjüngt.

6. Sondenfuß nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (3; 24) kegelförmig ist.

7. Sondenfuß nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der sich verjüngenden Spitze (16) des Verbindungselements (3; 24) ein Gewinde (19) ausgebildet ist.

8. Sondenfuß nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Außenseite des Verbindungselements (3; 24) und des Anschlusselements (2) miteinander fluchtende Nuten (8, 17; 9, 18) angeordnet sind.

9. Sondenfuß nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Anschlusselement (2) eine zentrale Gewindebohrung (10) ausgebildet ist.

10. Sondenfuß nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlusselement (2) und/oder das Verbindungselement (24) aus mehreren miteinander verbundenen Komponenten (24a, 24b) bestehen.

11. Sondenfuß nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten (24a, 24b) miteinander verschweißt und/oder verschraubt sind.