Sondenendstück

Die Erfindung betrifft ein Sondenendstück mit einem U-förmigen Rohrkrümmer.

Zur Gewinnung von Erdwärme mittels einer Erdwärmesonde wird in das Erdreich üblicherweise ein Bohrloch von zum Beispiel 60 bis 120 m Tiefe eingebracht, in welches ein von einem strömungsfähigen Medium wie etwa Wasser, Wasser- Glykol-Gemisch oder dergleichen durchströmtes Rohrsystem eingeführt wird. Das Rohrsystem weist ein Zuleitungsrohr sowie ein Ableitungsrohr auf, die am unteren Ende über einen U-förmigen Rohrkrümmer verbunden sind oder aus einem Rohr bestehen, welches zur Umlenkung gebogen wurde. Die beim Durchströmen durch das Rohrsystem aufgenommene Energie (Wärme) wird anschließend einem Wärmetauscher oder einer Wärmepumpe zugeführt, welche die Wärmefracht dem Medium wieder entziehen. Das Rohrsystem besteht aus wärmeleitfähigem Werkstoff, beispielsweise vernetztes Polyethylen, PEX-Rohren oder PP, etc..

Während des Einführens des Rohrsystems in das Bohrloch sind oft Widerstände innerhalb des Bohrlochs zu überwinden, die häufig allein schon durch das aus der Umgebung des Bohrloches in dieses einströmende Grundwasser verursacht werden. Daher muss die Wandung der das Rohrsystem bildenden Rohre hinreichend stark sein, um ein geradliniges Einführen des Rohrsystems in das Bohrloch zu gewährleisten. Vor allem der am unteren Ende der Sonde befindliche Rohrkrümmer bzw. die Umlenkung ist dabei einer besonders hohen Belastung unterworfen. Insbesondere die an einem Rohrkrümmer oft erforderlichen Schweißnähte, Formteile und Rohre unterliegen dabei besonderer mechanischer Beanspruchung. Wenn diese undicht werden, leckt das Medium in das Erdreich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein° Sondenendstück zu schaffen, dessen Rohrkrümmer oder Umlenker den mechanischen Belastungen beim Einführen des Rohrsystems in ein Bohrloch besser standhält und dessen Form das hochbelastete Sondenendstück und die Rohre vor Beschädigung schützt.

Dazu dient ein Sondenendstück zur Gewinnung von Erdwärme mit wenigstens einem U-förmigen, an einem Zulaufrohr und einem Ablaufrohr befestigten Rohrkrümmer zum Absenken in ein in das Erdreich eingebrachtes Bohrloch, wobei

der Rohrkrümmer im Krümmungsbereich von einem in Absenkrichtung verstärkten Schutzmantel umgeben ist. Der Schutzmantel nimmt den mechanischen Druck auf und schützt den Rohrkrümmer vor Beschädigungen. Der Schutzmantel kann in Weiterbildung der Erfindung aus einem Elastomer-Kunststoff, vornehmlich modifiziertem Polyurethan oder Gummi bestehen. Der Rohrkrümmer ist bevorzugt wenigstens im Krümmungsbereich vom Schutzmantel umspritzt, umgössen oder umschäumt. Es empfiehlt sich, dem Schutzmantel an seinem unteren Ende ein balliges Profil zu geben oder spitz zulaufen zu lassen, damit sich der Sondenfuß im Bohrloch beim Einführen zentriert. Zweckmäßig sind auch die an den Krümmer anschließenden Rohrendstücke vom Schutzmantel umgeben. Es ist ferner vorteilhaft, wenn auch der Zwischenraum zwischen den Rohrendstücken vom Material des Schutzmantels ausgefüllt ist. Bevorzugt ist ferner, wenn der Schutzmantel in der Nähe seines unteren Endes eine Durchbohrung zum Anhängen einer Beschwerung aufweist. Ergänzend kann in die Oberseite des Schutzmantels eine Blindbohrung oder ein herausstehender Fixierungsstift oder Schraube zur Aufnahme bzw. Fixierung oder Zentrierung eines Treibgestänges eingebracht sein, mit dessen Hilfe die Sonde und somit die Erdwärmesonde in das Bohrloch ohne direkte Belastung der Zuleitungs- und Ableitungsrohre eingedrückt oder eingeführt werden kann. Dazu kann der Schutzmantel in der Nähe seines oberen Endes zweckmäßig eine einseitige, radiale Verdickung aufweisen, in die die Blindbohrung bzw. der Fixierungsstift eingebracht ist.

Wenn das Sondenendstück einen zweiten U-förmigen Rohrkrümmer (Duplex- Sonde) aufweist, der sich zum ersten Rohrkrümmer parallel erstreckt, dann empfiehlt es sich, dass auch der zweite Rohrkrümmer von einem zweiten Schutzmantel umgeben ist, welcher dem ersten Schutzmantel ähnlich ist. Zweckmäßig sind beide Schutzmäntel seitlich aneinander gefügt und verbunden, beispielsweise verschraubt. Zweckmäßig fügen sich die Schutzmäntel geometrisch ineinander. Sie können auch mittels einer Schwalbenschwanz- Verbindung ineinander gesteckt werden. Dadurch wird ein zentrisches und beide Sondenhälften gleichmäßig belastende Krafteinleitung erreicht. Es ist aber auch möglich, die beiden Rohrkrümmer mit einer gemeinsamen Umspritzung herzustellen, die dann ein einteiliges Bauteil bildet.

Im übrigen sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung in den Unteransprüchen angegeben. Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung im Einzelnen erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 : eine Draufsicht auf ein Sondenendstück;

Fig. 2: einen Schnitt durch das Sondenendstück nach Figur 1 längs der Linie A-A;

Fig. 3 einen Schnitt durch das Sondenendstück längs der Linie B-B aus Figur 1 ;

Fig. 4: einen Schnitt längs der Linie C-C durch das Sondenstück nach Figur 1;

Fig. 5: eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform eines Sondenendstücks;

Fig. 6: einen Schnitt durch das Sondenendstück nach Figur 5 längs der Linie B-B;

Fig. 7: einen Querschnitt längs der Linie A-A durch das Sondenendstück nach Figur 6;

Fig. 8: einen Vertikalschnitt durch das Sondenendstück längs der Linie C-C aus Figur 7; und

Fig. 9: einen Schnitt längs der Linie D-D durch das Sondenendstück nach Figur 7.

Das im Ganzen mit 1 bezeichnete Sondenendstück zur Gewinnung von Erdwärme umfasst das untere Ende eines Zulaufrohres 2 und das untere Ende eines Ablaufrohres 3, die durch einen U-förmigen und eine Schweißnaht 5 aufweisenden Rohrkrümmer oder umgebogenes Rohr 4 über Schweißnähte 6 und 7 verbunden sind. Der Rohrkrümmer 4 sowie die unteren Abschnitte der Rohrstücke 2 und 3 sind von einem Schutzmantel 10 umspritzt, umgössen oder umschäumt, der die unteren Abschnitte der Rohrstücke 2 und 3 relativ dünnwandig bei 8 und 13 umgibt, den Zwischenraum zwischen den beiden unteren Abschnitten 2 und 3 bei 9 voll ausfüllt und unterhalb des Rohrkrümmers 4 eine erhebliche Verdickung

aufweist, die mindestens so stark ist wie der Außendurchmesser der Rohrstücke 2 oder 3 und am unteren Ende 11 ballig geformt ist. In eine obere radiale Verstärkung 12 des Schutzmantels 10 neben dem Rohrstück 2 ist ein Blindloch 14 oder ein Fixierstift eingebracht, in welches das untere Ende eines nicht dargestellten Treibgestänges eingeschraubt oder mittels eingeschraubtem Fixierungsstift oder alternativ geschäumter Schraube fixiert und zentriert werden kann. Das Treibgestänge kann dazu dienen, bei Auftreffen des Sondenendstückes 1 auf ein Hindernis im nicht dargestellten Bohrloch durch Schlag oder Druck auf das Treibgestänge das Sondenendstück weiter in das Bohrloch hinein zu treiben.

Der Werkstoff des Schutzmantels 10 besteht im dargestellten Ausführungsbeispiel aus geschäumtem Polyurethan, dessen Eigenschaften so eingestellt sind, dass es einerseits hinreichende Fertigkeit zum Wegdrücken kleinerer Hindernisse und andererseits eine gewisse Plastizität zur Aufnahme höherer Kräfte (Shock Proof Effect) aufweist.

Wenn das Bohrloch hinreichenden Durchmesser hat, so dass ein Rohrsystem aus zwei Rohrkrümmern in das Bohrloch eingeführt werden kann, erweist sich die in den Figuren 5 bis 9 dargestellte Ausführungsform der Erfindung besonders vorteilhaft. Das Sondenendstück 25 gemäß Figur 6 umfasst daher einen ersten Rohrkrümmer 27, welcher mit dem unteren Abschnitt eines ersten Zulaufrohrs 29 sowie am anderen Ende mit dem unteren Abschnitt eines Ablaufrohres 31 verschweißt ist. Beide untere Abschnitte der Rohre 29 und 31 sowie der U-förmige Rohrkrümmer 27 sind von einem ersten Schutzmantel 30 umschäumt, der am unteren Ende 33 spitz zuläuft, die unteren Abschnitte der Rohre 29 und 31 mit den Abschnitten 35 und 37 relativ dünnwandig umgibt und den Zwischenraum 39 zwischen den unteren Abschnitten der Rohre 29 und 31 ausfüllt. Der untere Teil des ersten Schutzmantels 30 ist relativ stark ausgeführt und in der Nähe seines unteren Endes 33 mit einer Durchgangsbohrung 32 quer zu den Rohren 29 und 31 versehen. Eine weitere Bohrung 34 befindet sich zwischen den unteren Abschnitten der Rohre 29 und 31.

Wie aus Figuren 7 und 9 zu erkennen ist, ist der untere Abschnitt eines zweiten

Zulaufrohrs 49 und der untere Abschnitt eines zweiten Ablaufrohres 51 in einen zweiten Schutzmantel 50 eingebettet, der aus dem gleichen Material wie der erste

Schutzmantel besteht und in seiner Gestaltung dem ersten Schutzmantel 30 ähnlich ist. Der erste Schutzmantel 30 ist mit dem zweiten Schutzmantel 50 durch einen Bolzen oder eine Schraube verbunden, der sich durch die Bohrung 34 und eine mit ihr fluchtende Bohrung 54 im zweiten Schutzmantel 50 quer zu den Rohren 29, 31, 49, 51 erstreckt. Der erste Schutzmantel 30 und der zweite Schutzmantel 50 liegen längs einer Fläche 38 aneinander, welche bei 51 unterhalb einer in den ersten Schutzmantel 30 von oben eingelassenen Blindbohrung 36 und oberhalb der fluchtenden Bohrungen 34, 54 für den Bolzen in den zweiten Schutzmantel 50 hinein abgestuft ist. Oberhalb der Stufe 51 ist der erste Schutzmantel 30 zu einer in Draufsicht (Figur 5) wellenförmigen Verdickung 53 ausgebildet, die sich in den zweiten Schutzmantel 50 hinein erstreckt, um Platz für die Blindbohrung 36 in der einseitigen radialen Verdickung 53 am ersten Schutzmantel 30 zu gewinnen. Die Blindbohrung 36 dient wieder zur Fixierung und gegebenenfalls zur Zentrierung eines Treibgestänges, mit dessen Hilfe das Sondenendstück 25 gegen eventuelle Widerstände in das Bohrloch eingetrieben werden kann, wobei durch die Stufen 51 und aufgrund des die Bohrungen 34, 54 durchsetzenden Bolzens der erste Schutzmantel 30 den zweiten Schutzmantel 50 nach unten mitnehmen kann und die Krafteinleitung sich auf beide Sondenhälften verteilt. Die Figur 9 lässt erkennen, dass der erste Schutzmantel 30 und der zweite Schutzmantel 50 im Bereich der unteren Abschnitte der Rohre 29, 31, 49, 51 spiegelsymmetrisch ausgeführt sind und der zweite Schutzmantel 50 daher in der gemeinsamen Spitze 33 nach unten ausläuft. So umgibt der zweite Schutzmantel 50 den zweiten Rohrkrümmer 57 vollständig, wobei das unterhalb den Rohrkrümmern 27 und 57 befindliche Material des ersten Schutzmantels 30 und des zweiten Schutzmantels 50 in Absenkrichtung nach unten eine Stärke hat, die mehr als der Durchmesser der Rohre 31 oder 51 beträgt. Die fluchtenden Durchgangsbohrungen 32 und 52 ermöglichen die Befestigung eines an das Sondenendstück 25 frei angehängten Gewichtes zur Beschwerung. Die Duplexumspitzung kann auch als ein Bauteil ausgeführt sein, dann entfallen die Durchgangsbohrungen 32 und 52.