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).

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.

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.

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.

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.

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.

Gemäß der Erfindung ist eine Leitung vorgesehen und Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Optionale Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen erläutert.

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.

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 Leitungselement 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.

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.

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.

1 ist eine Explosionsansicht eines HVAC-Luftleitsystems einschließlich Komponenten gemäß der vorliegenden Erfindung;

2A ist eine vergrößerte Querschnittansicht eines Abschnittes einer Leitung gemäß 1;

2B ist eine vergrößerte Querschnittansicht eines Abschnittes einer alternativen Ausführungsforms-Leitung gemäß der vorliegenden Erfindung;

2C ist eine Längsschnittansicht einer Leitung gemäß 1;

3A-3C sind perspektivische Ansichten von Sammelleitungselementen gemäß der vorliegenden Erfindung;

4A und 4B sind perspektive Ansichten von Rohrleitungselementen gemäß der vorliegenden Erfindung;

5A und 5B sind perspektivische Ansichten von abzunehmenden Leitungselementen gemäß der vorliegenden Erfindung;

6A bis 6D sind perspektivische Ansichten von Schub-Leitungselementen gemäß der vorliegenden Erfindung und

7 ist eine perspektivische Ansicht einer Wandleitungskomponente gemäß der vorliegenden Erfindung.

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.

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.

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.).

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 18vorzugsweise 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.

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.

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, Ethylenvinylacetate, 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"

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.

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.

Indem bevorzugter Weise die innere Schicht 16 als ein geschlossenzelliger Schaum hergestellt wird, wird eine gleichmäßige Innenseite vorgesehen zum Leiten des Luftstroms. 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.

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.

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.

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.

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.

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 Anschlagfläche, 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.

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°.

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.

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).

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.