DE3314689C1 - Vorrichtung zum Einsenken einer Erdwärme-Kollektor-Sonde in das Erdreich - Google Patents

Vorrichtung zum Einsenken einer Erdwärme-Kollektor-Sonde in das Erdreich

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Description

Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einsenken einer als Erdwärme-Kollektor einer Wärmepumpe verwendbaren Sonde in das Erdreich, die mindestens ein Außenrohr, an dessen unterem Ende ein Erdverdrängerkopf und auf dessen oberem Ende ein abnehmbarer von einem Rammgerät beaufschlagbarer Rammkopf angeordnet sind, und ein Innenrohr aufweist.
Es ist bekannt, solche Sonden, bei denen das Außenrohr und der Erdverdrängerkopf integriert und dicht ausgebildet sind, unter seitlichem Verdrängen des Erdreichs einzurammen (DE-PS 29 52 593, DE-OS 29 47 837). Im Außenrohr ist das Innenrohr mit Abstand eingesetzt, und es wird durch das Innenrohr der zu erwärmende Wärmeträger nahe dem Erdverdrängerkopf in die Sonde eingeleitet und zwischen Außenrohr und Innenrohr wieder abgeführt. Durch die notwendige vollständige Verdrängung des Erdreichs beim Einrammen der Sonde sind insbesondere bei festen Erdschichten hohe Einrammkräfte und damit entsprechend große Wandstärken des Außenrohrs erforderlich. Die Einrammzeit ist beachtlich, und der Außendurchmesser des Außenrohrs ist stark begrenzt, weil bei größeren Durchmessern die erforderlichen Eintreibkräfte und damit die Rammvorrichtung zu groß und aufwendig wird.
Zum Einbringen von Brunnen-Kollektoren, bei denen durch eine Pumpe Grundwasser entnommen wird, ist es bekannt, übliche Bohrgeräte zu verwenden. Bei dem sog. Schlagkernen (»Brunnenbau, Bau von Wasserwerken, Rohrleitungsbau« Nr. 7/1982, Seiten 254, 255; FR-PS 11 08 485) sind Vorrichtungen bekannt, um den immensen Druck aufzunehmen und weiterzureichen (US-PS 35 15 230), sowie Ringmeißel (DE-PS 3 33 624; CH-PS 1 83 137) am Kopfende des Bohrgerätes, wobei am Bohrkörper Öffnungen in Form von Schlitzen u. dgl. zum Ein- und Austritt von Flüssigkeit vorgesehen sein können (US-PS 28 60 854). Ferner sind Rammkernrohre bekannt zur Ausführung von Gestein- und Bodenproben, in denen herausnehmbar eine Innenhülse (DE-OS 29 14 977) eingebracht ist, sowie Verschlußklappen am unteren Ende des Rohres (DE-PS 8 57 032, GB-PS 4 99 126), damit beim Ausbringen des Kernmaterials dieses nicht zurückbleibt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der formstabile Bohrungen in Böden verschiedener Beschaffenheit (hart, lehmig — locker, sandig) auch mit größerem Durchmesser mit möglichst geringem Kraftaufwand zeitsparend eingebracht werden können, um darin Sonden, die als Erdwärme-Kollektor einer Wärmepumpe dienen, einführen zu können.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß der Erdverdrängerkopf als Ringmeißel mit einem zentralen Durchgang ausgebildet ist sowie das Innenrohr einen dem Durchmesser des zentralen Durchgangs des Ringmeißels entsprechenden oder ,geringfügig größeren Innendurchmesser aufweist und herausnehm-
beispielsweise eine Tauchpumpe zum Abpumpen des Grundwassers in das Innere des Außenrohrs 2 bis nahe unten zum Ringmeißel 4 eingeführt. Zur Erleichterung des Eindringens des Grundwassers können mindestens im unteren Bereich des Außenrohrs 2 Durchbrüche vorzugsweise in Form von Schlitzen 20 am Umfang verteilt eingebracht sein.
Bei einer reinen Verwendung des Außenrohrs 2 als Wärmetauscher wird das Außenrohr 2 abgedichtet, insbesondere auch im unteren Bereich des Ringmeißels 4 und es wird dann ein zentrales Innenrohr eingeführt, durch das in bekannter Weise ' ein Wärmeträger zufließen und zwischen Außenrohr 2 und Innenrohr 3 unter Energieaustausch mit der Sondenumgebung abfließen kann. Für eine Wärmepumpenanlage können hierzu mehrere Sonden in der geschilderten Weise in das Erdreich eingesenkt werden, um ein möglichst großen Volumen zum Energieaustausch erfassen zu können.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
bar im Außenrohr angeordnet ist.
Durch die hohle Ausbildung muß beim Einsenken in die Erde nur ein ringförmiger Teil nach außen verdrängt werden, während ein Kern vom Innenrohr beim Einsenken aufgenommen wird. Dadurch, daß das Innenrohr herausnehmbar im Außenrohr angeordnet ist, kann dieser Kern zusammen mit dem Innenrohr leicht entfernt werden. Dies kann beim Einsenken notfalls zur Verringerung der erforderlichen Eintreibkräfte mehrfach geschehen. Nach der Herausnahme des Innenrohrs können die für den Erdwärme-Kollektor erforderlichen Teile in das Außenrohr, das im Erdreich verbleibt, eingesetzt werden. Beispielsweise kann der Ringmeißel und gegebenenfalls das Außenrohr abgedichtet und ein Innenrohr eingesetzt werden, durch das dann in bekannter Weise ein flüssiger oder gasförmiger Wärmeträger zu- und abgeführt werden kann.
Dadurch, daß das Innenrohr im Bereich seines unteren Endes mit einer Sperrklappe versehen wird, die einen Durchgang von Erde u.dgl. vom zentralen Durchgang des Ringmeißels her zuläßt und in entgegengesetzter Richtung sperrt, kann der beim Einsenken stehenbleibende Kern auch bei sehr lockerer Erde, Sand und Kies einfach und sicher entfernt werden. Eine solche Sperrklappe ist zweckmäßigerweise in einem Wanddurchbruch des Innenrohrs schwenkbar gelagert, wobei die Länge der Sperrklappe größer ist als der Innendurchmesser des Rohrs. So kann die Sperrklappe beim Durchgleiten des,Erdreichs od. dgl. in das Innere des Innenrohrs hochklappen und durch Zurückklappen ein Herausfallen verhindern. Die Sperrklappe kann bei geringem Aufwand aus einem Flachstabmaterial bestehen. Es können im Querschnitt verteilt auch mehrere Sperrklappen im unteren Bereich des Innenrohrs vorgesehen sein, um auch besonders feines, rieselfähiges Material am Herausgleiten zu hindern.
Da das Innenrohr entfernt und immer wieder verwendet werden kann, ist es zweckmäßig, es aus mehreren lösbar miteinander verbundenen Rohrstükken zusammenzusetzen, so daß auch sehr unterschiedlich lange Sonden mit geringem Aufwand in die Erde eingesenkt werden können. Durch die Verwendung von Flachgewinden können diese Rohrstücke leicht lösbar miteinander gekoppelt sein.
Dadurch, daß der Ringmeißel einen keilförmigen Querschnitt mit nach unten gerichteter Schneide aufweist, wobei der zentrale Durchgang zylindrisch oder nach oben leicht konisch erweitert ausgebildet ist, sind nur relativ geringe Eintreibkräfte beim Einsenken in das Erdreich erforderlich. Durch die schräge Außenfläche wird die Erde leicht nach außen verdrängt, während ein stehenbleibender Kern ohne die Gefahr des Verklemmens durch den zentralen Durchgang in das Innere des Innenrohrs eingleiten kann.
Konstruktiv besonders einfach weist der Ringmeißel auf seiner oberen der Schneide gegenüberliegenden Seite eine umlaufende Ringnut für die Aufnahme des Außenrohrs und des Innenrohrs auf. Eine besondere Befestigung der Rohre in der Ringnut ist nicht erforderlich. '
Durch die Ausbildung können auch Sonden mit größerem Durchmesser ausgebildet werden. Beispielsweise kann das Außenrohr ein 6-Zoll-Rohr und das Innenrohr ein 5-Zoll-Rohr sein, so daß bei herausgezogenem Innenrohr ein ausreichender Durchmesser zum Einführen, beispielsweise einer Tauchpumpe vorhanden ist.
Weitere erfindungsgemäße Ausbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen und werden mit ihren Vorteilen in der nachstehenden Beschreibung näher erläutert In der einzigen Zeichnung ist ein Längsschnitt der Vorrichtung in einsenkfertigem Zustand dargestellt.
Das dargestellte Ausführungsbeispiel weist einen aus gehärtetem Stahl hergestellten Rammkopf t auf, der auf einem Außenrohr 2 und einem Innenrohr 3 aufgesetzt ist. Die Rohre 2 und 3 sind zwischen dem Rammkopf 1 und einem im Durchmesser etwa entsprechenden Ringmeißel 4 angeordnet
Der Ringmeißel 4 hat einen keilförmigen Querschnitt mit einem zentralen Durchgang 5, der, wie dargestellt, zylindrisch oder nach oben leicht konisch erweitert sein kann. Durch den Durchgang 5 und eine schräge Außenfläche wird eine umlaufende nach unten gerichtete Schneide 7 gebildet. Der Schneide 7 gegenüberliegend ist auf der Oberseite des Ringmeißels 4 eine umlaufende Ringnut 8 vorgesehen, in der die Rohre 2 und 3 leichtgängig eingesetzt sind. Um beim Einsenken der derart ausgebildeten Sonde auch kleinere Steine ohne Schaden verdrängen oder zerkleinern zu können, ist der Ringmeißel 4 aus hartem Material hergestellt, vorzugsweise aus mindestens oberflächengehärtetem Stahl.
Zur passenden Aufnahme des Außenrohrs 2 ist der Rammkopf 1 mit einem umlaufenden Absatz 9 versehen und er weist weiter eine Ausnehmung 10 auf, für die weitgehende passende Aufnahme einer Abziehkappe 11, die auf dem oberen Ende des Innenrohrs 3 über ein Flachgewinde 12 aufgeschraubt ist. Die Abziehkappe 11 weist einen umlaufenden nach innen ragenden Rand 13 auf, der eine Durchlaßöffnung 14 begrenzt, die etwa korrespondierend mit einer entsprechenden Durchlaßöffnung 15 des Rammkopfes 1 korrespondiert. Der nach innen ragende Rand 13 erlaubt ein einfaches Herausziehen des gegebenenfalls aus mehreren Rohrstücken 3' zusammengesetzten Innenrohrs 3. Zum leichten Lösen und Zusammensetzen sind die Rohrstücke 3' ebenfalls mit einem Flachgewinde 12' miteinander verbunden und es können so Innenrohre 3 nach gewünschten Längen zusammengesetzt werden.
Am unteren Ende des Innenrohrs 3 ist in einem Wanddurchbruch 16 auf einem eingeschweißten Bolzen
17 eine Sperrklappe 18 schwenkbar gelagert. Die Länge der Sperrklappe 18 ist etwas größer als der lichte Innendurchmesser des Innenrohrs 3, so daß die Klappe durch in Richtung des Pfeils 19 einbringende Erde hochklappbar ist, aber durch die Sperrklappe 18 ein Herausfallen dieser eingedrungenen Erde bzw. eines ganzen eingedrungenen Kerns aus dem Rohrinnern beim Herausziehen des Innenrohrs 3 verhindert wird. Für feineres Material können auch mehrere Sperrklappen 18 am Umfang verteilt angeordnet, die Sperrklappe
18 aber auch ganz weggelassen werden, wenn die Sonde in nasses, lehmiges Erdreich eingesenkt wird.
Die Sonde wird im dargestellten Zusammenbau über eine bekannte nicht dargestellte Rammvorrichtung in das Erdreich stoßweise oder gegebenenfalls auch bei weichem Untergrund zügig eingepreßt. Bei hartem Untergrund kann für längere Sonden das Innenrohr 3 gegebenenfalls mehrmals herausgezogen und der eingedrungene Kern entfernt werden, um so ein Eindringen des Ringmeißels 4 bei geringem Kraftaufwand zu erleichtern und die Bohrleistung zu erhöhen.
Zur Verwendung als Erdwärme-Kollektor wird nach dem Einsenken der Rammkopf 1 und das Innenrohr 3 mit der Abziehkappe 11 entfernt und es wird dann

Claims (13)

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zum Einsenken einer als Erdwärme-Kollektor einer Wärmepumpe verwendbaren Sonde in das Erdreich^ die mindestens ein Außenrohr (2), an dessen unterem Ende ein Erdverdrängerkopf und auf dessen oberem Ende ein abnehmbarer, von einem Rammgerät beaufschlagbaren Rammkopf (t) angeordnet sind, und ein Innenrohr (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Erd- ]0 verdrängerkopf als Ringmeißel (4) mit einem zentralen Durchgang (5) ausgebildet ist sowie das Innenrohr (3) einen dem Durchmesser des zentralen Durchgangs (5) des Ringmeißels (4) entsprechenden oder geringfügig größeren sDurchmesser aufweist ]5 und herausnehmbar im Außenrohr (2) angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (3) im Bereich seines unteren Endes eine Sperrklappe (18) aufweist, an der vorbei Erde u. dgl. vom zentralen Durchgang (5) des Ringmeißels (4) her in das Innenrohr (3) einführbar und ein Austritt von Erde u. dgl. aus dem Innenrohr (3) in entgegengesetzter Richtung gesperrt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrklappe (18) in einem Wanddurchbruch (16) des Innenrohrs (3) schwenkbar gelagert und die Länge der Sperrklappe (18) größer ist als der Innendurchmesser des Innenrohrs (3)·
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrklappe (18) auf einem im Wanddurchbruch (16) eingeschweißten Bolzen (17) schwenkbar gelagert ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (3) aus mehreren miteinander lösbar verbundenen Rohrstücken (3') zusammengesetzt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrstücke (3') über Flachgewinde (12,12') lösbar miteinander verbunden sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringmeißel (4) einen keilförmigen Querschnitt mit nach unten gerichteter Schneide (7) aufweist, wobei sein zentraler Durchgang (5) zylindrisch oder nach oben leicht konisch erweitert ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringmeißel (4) auf seiner oberen, der Schneide (7) gegenüberliegenden Seite eine umlaufende Uingnut (8) für das Außenrohr (2) und das Innenrohr (3) aufweist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem oberen Ende des Innenrohrs (3) eine vom Rammkopf (1) aufgenommene Abziehkappe (11) aufgesetzt ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abziehkappe (11) eine nach innen über den Innenrohr-Innendurchmesser vorspringenden, umlaufenden Innenrand (13) aufweist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
10, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (2) und der Ringmeißel (4) nach dem Einsenken im Erdreich zurücklaßbar sowie das Innenrohr (3) herausnehmbar und ein Sondeneinsatz in das Außenrohr (2) einsetzbar ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
11, dadurch gekennzeichnet daß das Außenrohr (2)
mindestens in seinem unteren Bereich Durchbrüche, vorzugsweise Schlitze (20) für das Grundwasser aufweist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (2) ein 6-Zoll-Rohr und das Innenrohr (3) ein 5-Zoll-Rohr sind.
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