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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wärmeleitrohr für thermische Anwendungen mit einem Wärme- oder Kälteenergie transportierenden Medium, das im Inneren des Rohres strömt. Solche Wärmeleitrohre werden beispielsweise im Bereich von Fußbodenheizungen oder aber auch für großflächigere Wand- oder Deckenheizungen oder Kühlbauteile verwendet.
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Die Wärmeenergie, beispielsweise im Fall von Fußbodenheizungen, wird mittels eines Heizungsfluids mäanderförmig innerhalb eines im Fußboden verlegten Rohres aus Kunststoff geleitet. Die hierzu heutzutage verwendeten Endlosrohre sind aus einem Kunststoffmaterial oder aus einem Kunststoffverbundmaterial aufgebaut, das zum einen flüssigkeitsdicht und zum anderen derart flexibel ist, dass die Rohre schlangenförmig auf dem Boden verlegt und montiert werden können, bevor beispielsweise der Estrich für den Fußboden eingegossen wird. Nachteilig hierbei ist, dass die Rohre selbst hinsichtlich ihrer thermischen Eigenschaften nicht optimiert sind. Andererseits gibt es im Bereich von Lüftungs- und Klimaanlagen gewellte Aluminiumrohre, die zur Realisierung von Luftkanälen hergenommen werden. Diese wiederum sind nicht für ein flüssiges Medium, wie zum Beispiel das Heizwasser eines Heizungskreislaufs, geeignet, da sie dafür nicht dicht genug sind. Außerdem sind nur bestimmte metallische Werkstoffe wie zum Beispiel Kupfer oder Messing für derartige Anwendungen mit einem flüssigen Medium einsetzbar, da andere Werkstoffe wie zum Beispiel Aluminium durch das Wasser schnell korrodieren würden. Auch sind solche für Luftkanäle von Klimaanlagen verwendeten Aluminiumwellrohre hinsichtlich ihrer reduzierten Strömungseigenschaften für flüssige Medien nicht geeignet.
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Demgegenüber ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Wärmeleitrohr für thermische Anwendungen., wie zum Beispiel Flächenheizungen, Fußbodenheizungen oder ähnliches, bereitzustellen, das hinsichtlich der thermischen Eigenschaften verbessert ist und dennoch bei möglichst geringen Herstellungskosten realisierbar ist und in der Anwendung und Montage leicht zu handhaben ist.
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Diese Aufgabe wird mit einem Wärmeleitrohr für thermische Anwendungen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Das erfindungsgemäße Wärmeleitrohr, welches für thermische Anwendungen wie Flächenheizungen oder Kühldecken oder ähnliches, bei welchen ein Wärmeenergie oder Kälteenergie transportierendes Medium im Inneren des Rohres strömt, dient, weist eine Innenschicht mit Kontakt zu dem vorzugsweise flüssigen Medium sowie mindestens eine Außenschicht ohne Kontakt zu dem Medium auf und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Innenschicht aus einem Kunststoffmaterial oder einem Kunststoffverbundmaterial besteht und die Außenschicht aus einem metallischen Material oder einem metallischen Verbundmaterial besteht, wobei die Innenschicht im Verhältnis zur Außenschicht eine geringere Dicke aufweist. Mit der aus Kunststoff gebildeten Innenschicht, die beispielsweise in Form eines vergleichsweise dünnen Kunststoffrohres realisiert sein kann, wird verhindert, dass durch das im Inneren strömende Heizmedium oder Kühlmedium, das vorzugsweise ein flüssiges Medium ist, eine Korrosion des Rohres über die Zeit hinweg eintritt. Die demgegenüber äußere Schicht aus einem metallischen Material ist durch die Kunststoff-Innenschicht von dem flüssigen Medium abgetrennt. Die metallische Außenschicht wiederum hat den Vorteil, dass das Rohr nach außen hin eine verbesserte Strahlungseigenschaft, sowohl was Wärmeenergie als auch was Kälteenergie betrifft, aufweist. Da die Außenschicht im Verhältnis zur Innenschicht eine größere Dicke oder Wandstärke aufweist – anders herum gesagt die Innenschicht im Verhältnis zur Außenschicht eine geringe Dicke hat – ist das Wärmeleitrohr nach der Erfindung auf eine Anwendung in Elementen zur Wärmeabstrahlung oder Kälteabstrahlung bestens optimiert.
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Das Wärmeleitrohr ist dennoch vergleichsweise einfach aufgebaut und hat überraschend viele Vorteile, nicht nur, was die thermischen Eigenschaften betrifft, sondern auch, was die Herstellungskosten und die Verarbeitbarkeit und Montagemöglichkeiten des Rohres betrifft. Neben der Innenschicht und der Außenschicht aus einem metallischen Material können noch weitere Schichten zur Verbesserung der technischen Funktionen des Wärmeleitrohres vorgesehen sein, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Das Rohr ist relativ flexibel und lässt sich daher gut in die gewünschte Form der Verlegung gemäß einem Verlegungsplan oder ähnlichem biegen. Das erfindungsgemäße Wärmeleitrohr lässt sich auch in plattenförmige Trägerelemente bestens integrieren, beispielsweise in Gipsplatten mit Einfräsungen für die Aufnahme des Rohres oder in Betonfertigteile in Form eines direkten Fingießens. Oder das Wärmeleitrohr kann in ein metallisches Wärmeleitprofil eingesetzt werden, wobei sich hier durch die Metall-zu-Metall-Verbindung eine optimale Wärmeübertragung ergibt. Durch die Außenschicht aus einem metallischen Material, das beispielsweise ein Aluminiummaterial sein kann, wird im Falle von Flächenheizungen oder Fußbodenheizungen eine deutlich bessere Wärmeübertragung an die Umgebung erreicht gegenüber einem Rohr, das lediglich aus Kunststoffmaterial hergestellt ist. Durch die metallische Außenschicht wird nicht zuletzt auch eine gewisse Formstabilität des Wärmeleitrohres erreicht; Wenn das Rohr in eine bestimmte Form, beispielsweise eine 180°-Krümmung, gebogen wird, behält es seine Form aufgrund des Metallanteils weitestgehend bei. Auch dies erleichtert die Verarbeitung des Wärmeleitrohres in derartigen thermischen Anwendungen, wie zum Beispiel Großflächenheizungen, Heizdecken oder Heizwandelementen oder ähnlichem.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Außenschicht aus einem Aluminiummaterial oder einem Aluminiumlegierungsmaterial hergestellt. Die Verwendung von Aluminium als eine Außenschicht des erfindungsgemäßen Wärmeleitrohres hat den Vorteil, dass das Rohr vergleichsweise leicht ist und dennoch eine gute Wärme- oder Kälteabstrahleigenschaft aufweist. Auch lässt sich das Aluminium relativ gut mit dem Kunststoffmaterial des Innenrohres verbinden, beispielsweise durch eine Koextrusion, eine Verpressung oder ein Verkleben der Schichten. Da das Aluminiummaterial nur an der Außenschicht vorhanden ist und die Innenschicht, welche in Kontakt mit dem flüssigen Medium ist, aus einem Kunststoffmaterial besteht, ist das Wärmeleitrohr sehr dauerfest und durch eine lange Haltbarkeit bzw. Funktionsfähigkeit gekennzeichnet.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Innenschicht des Wärmeleitrohres mit der Außenschicht verklebt oder haftend verbunden. Die Innenschicht, welche beispielsweise als ein einfaches, dünnwandiges Kunststoffprofil vorgesehen sein kann, wird mit der Außenschicht durch die Verklebung fest verbunden und bildet somit eine integrale Einheit des Wärmeleitrohres. Eine Verklebung oder ein haftendes Verbinden kann beispielsweise durch ein Aufbringen einer Haftschicht auf die Außenseite des aus Kunststoff bestehenden Innenrohres und ein anschließendes Überziehen der metallischen Außenschicht erfolgen.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Innenschicht ein extrudiertes Rohrelement aus einem Kunststoffmaterial oder einem Kunststoffverbundmaterial, und die Außenschicht ist ein longitudinal geschweißtes Rohrelement. Mit dem extrudierten inneren Rohrelement bzw. der Innenschicht des Wärmeleitrohres wird eine hohe Dichtigkeit für Flüssigkeiten und insbesondere auch für Sauerstoff erreicht. Die Außenschicht ist demgegenüber als ein in Längsrichtung geschweißtes Rohrelement gebildet, das mit vergleichsweise geringem Aufwand herstellbar ist.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Wärmeleitrohr sauerstoffdiffusionsdicht ausgebildet. Das Wärmeleitrohr ist mit seinen beiden Schichten, nämlich der Innenschicht aus Kunststoff und der Außenschicht aus einem Metallmaterial, derart ausgebildet, dass eine Sauerstoffdiffusionsdichtigkeit gemäß der Norm DIN 4627 gegeben ist. Dies hat den Vorteil, dass auch über einen längeren Zeitraum hinweg keine Luft in das System von außen eindringen kann und somit ein Entlüften beispielsweise einer Wandflächenheizung nicht so schnell nötig wird.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Wärmeleitrohr einen in etwa ovalen Querschnitt auf. Das Wärmeleitrohr gemäß der Erfindung kann einen kreisrunden Querschnitt haben, nach einer diesbezüglichen bevorzugten Ausführungsform weist es jedoch einen ovalen Querschnitt auf. Der ovale Querschnitt hat den Vorteil, dass das Wärmeleitrohr auf den beiden längeren Seitenflächen eine größere Wärmeabstrahlfläche oder Kälteabstrahlfläche bietet, wenn es mit diesen Flächen in den Raum weisend montiert wird.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Außenschicht mit einer zusätzlichen äußeren Beschichtung versehen, insbesondere mit einer eloxierten Beschichtung oder mit einer Farbbeschichtung. Das Wärmeleitrohr gemäß der Erfindung kann somit auch an der Außenseite mit den gewünschten technischen Eigenschaften ausgestattet werden. Die Aufbringung einer Farbbeschichtung hat beispielsweise den Vorteil, dass das Rohr auch von außen nicht anfällig gegen Korrosion ist. Ferner kann eine solche zusätzliche technische Beschichtung an der Außenseite des Wärmeleitrohres für die Zwecke der Montage und Weiterverarbeitung je nach Einsatzzweck ausgewählt werden: Beispielsweise wenn das Wärmeleitrohr in einem Betonfertigteil mit eingegossen wird, kann die äußere Beschichtung eine langfristige Beschädigung des metallischen Materials der Außenschicht verhindern. Auch kann hiermit eine bessere Verbindung mit weiteren Materialien, wie zum Beispiel Halterungen oder Klebstoff oder ähnlichem, hergestellt werden.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Innenschicht und die Außenschicht des Wärmeleitrohres durch einen Haftkleber miteinander verklebt. Der Haftkleber kann vorzugsweise auf dem die Innenschicht bildenden Kunststoffrohrelement aufgebracht werden, bevor die Außenschicht in Form beispielsweise eines Aluminiumprofils auf die Innenschicht aufgebracht wird. Der Haftkleber hat den Vorteil, dass eine vollflächige haftende Verbindung zwischen den beiden Schichten des Wärmeleitrohres hergestellt wird und beim Biegen des Wärmeleitrohres dies nicht am Bogen sich wellt.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Innenschicht des Wärmeleitrohres als eine Beschichtung auf der Innenseite der aus einem metallischen Material gebildeten Außenschicht aufgebracht. Im Falle eines größeren Durchmessers des Wärmeleitrohres kann so eine sehr dünne innere Schicht aus Kunststoff aufgebracht werden, so dass die gesamte Wandstärke des Wärmeleitrohres vergleichsweise gering ist und dennoch die erfindungsgemäßen Vorteile, wie oben beschrieben, erreicht werden.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von mehreren Ausführungsbeispielen der Erfindung deutlicher offenbar werden, welche im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen erfolgt, in welchen:
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1 eine Längsschnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Wärmeleitrohres ist;
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2 eine schematische perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels des Wärmeleitrohres gemäß der Erfindung mit kreisrundem Querschnitt ist;
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3 eine schematische perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels des Wärmeleitrohres gemäß der Erfindung mit ovalem Querschnitt ist;
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4 eine perspektivische Ansicht eines Anwendungsfalls des endungsgemäßen Wärmeleitrohres bei Einsatz in einem gefrästen plattenförmigen Element ist; und
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5 eine perspektivische Ansicht eines Anwendungsbeispiels der Erfindung eingebettet in ein Wärmeleitprofil aus Aluminium ist.
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Die 1 zeigt in einem Längsschnitt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Wärmeleitrohres 10 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Wärmeleitrohr 10 besteht aus einer Innenschicht 1 aus einem Kunststoffmaterial oder einem Kunststoffverbundmaterial sowie einer Außenschicht 2, die nach diesem Ausführungsbeispiel aus Aluminium hergestellt ist, jedoch im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch aus einem anderen metallischen Material, das gute thermische Eigenschaften wie zum Beispiel eine gute Wärmeabstrahlung aufweist, hergestellt sein kann. Die Außenschicht 2 ist fest an der Innenschicht 1 des Wärmeleitrohres 10 montiert, vorzugsweise über eine Verklebung, jedoch kann die Verbindung alternativ auch über ein Presspassen, Klemmen etc. erfolgen. Das Wärmeleitrohr 10 weist bei diesem Ausführungsbeispiel eine Außenschicht 2 von einer größeren Dicke im Verhältnis zur Innenschicht 1 auf. Das Verhältnis der Wandstärke von der Außenschicht 2 zu der Innenschicht 1 ist bei diesem Ausführungsbeispiel in etwa 2:1. Das heißt, die Innenschicht 1 ist ungefähr halb so dick wie die Außenschicht 2. Dies ist mit den Angaben der Wanddicke d2 der Außenschicht 2 und der Wanddicke d1 der Innenschicht 1 in der 1 veranschaulicht. Durch die Innenschicht 1 aus einem Kunststoffmaterial oder einem Kunststofflegierungsmaterial ist das Wärmeleitrohr 10 gegenüber einer Korrosion oder Beschädigung auch bei aggressiven Medien geschützt. Beispielsweise kann das Wärmeleitrohr 10 zum Befördern eines Heizwassers oder eines Kühlwassers verwendet werden, das zusätzlich mit Additiven wie Glykol oder Ölen versetzt ist. Das Wärmeleitrohr 10 gemäß der Erfindung ist ferner sauerstoffdiffusionsdicht gemäß der Norm DIN 4726 ausgebildet, so dass ein Eindringen von Luft von außen in das System verhindert wird. Durch die im Verhältnis zur Innenschicht 1 dicker ausgebildete Außenschicht 2 des Wärmeleitrohres 10, welche aus einem Metallmaterial oder einem Metalllegierungsmaterial realisiert ist, bietet das wärmeleitrohr 10 gegenüber dem Stand der Technik deutlich verbesserte thermische Eigenschaften, insbesondere was die Verwendung als ein Wärmeleitrohr in einem großflächigen Heizungssystem wie einer Wandheizung oder Fußbodenheizung betrifft. Das metallische Material der Außenschicht 2 verstärkt die Abstrahlung der Energie des im Inneren des Rohres 10 fließenden Mediums (Kälte bzw. Wärme). Das Wärmeleitrohr 10 der Erfindung besitzt quasi inhärent eine Wärmeabstrahlfläche, die aus dem metallischen Material der Außenschicht 2 gebildet ist. Die Wärmeübertragung von dem Medium auf die Außenseite des Wärmeleitrohres 10 und damit auf die Umgebung ist damit deutlich verbessert.
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Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel kann die Innenschicht 1 des Wärmeleitrohres 10 eine Dicke d1 von etwa 0,01 bis 2,0 mm aufweisen. Nach einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Dicke der Innenschicht 1 des Wärmeleitrohres 10 so gering, wie es herstellungstechnisch zu realisieren möglich ist. Demgegenüber weist die Außenschicht 2 des Wärmeleitrohres 10 eine Dicke d2 von in etwa 0,1 bis 10 mm auf, je nach der Art der Anwendung und der Stärke der gewünschten thermischen Abstrahlung des Systems. Das Wärmeleitrohr 10 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist vorzugsweise aus einem im Extrusionsverfahren hergestellten Kunststoff-Innenrohr als Innenschicht 1 hergestellt, über welche ein Aluminiumprofil oder -rohr als Augenschicht 2 gestülpt wird und mittels einer Haftschicht mit der Innenschicht 1 verbunden wird. Das Aluminiumrohr, welches die Außenschicht 2 bildet, ist vorzugsweise als ein geschweißtes Rohr mit einer longitudinalen Schweißnaht aus einem plattenförmigen Grundelement hergestellt.
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Das erfindungsgemäße Wärmeleitrohr 10 kann im Durchmesserbereich von D = 2 mm bis 1.000 mm realisiert werden, je nach Anwendungsfall. Vorzugsweise ist das Wärmeleitrohr 10 mit einem kreisrunden Querschnitt (vgl. 2) realisiert. Alternativ kann das Wärmeleitrohr 10 jedoch auch mit einem ovalen Querschnitt geformt sein, wie es in der 3 veranschaulicht ist. Mit einer ovalen Form vergrößert man die Abstrahlflächen des Wärmeleitrohres 10. Anstatt einer Verbindung der Innenschicht 1 mit der Außenschicht 2 über einen Haftkleber oder eine Klebeschicht kann die Verbindung der beiden Schichten 1, 2 auch über eine Verpressung oder ein Koextrudieren hergestellt sein. An der Außenseite der metallischen Außenschicht 2 kann das Wärmeleitrohr 10 mit einer Beschichtung mit Farbstoff oder mit einer Eloxalbeschichtung versehen sein, mittels welcher das Aluminiummaterial oder ein anderes metallisches Material des Wärmeleitrohres 10 gegenüber aggressiven äußeren Einflüssen weiter geschützt wird.
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In der 4 ist in einer schematischen perspektivischen Ansicht ein Anwendungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Wärmeleitrohr 10 dargestellt. Das Wärmeleitrohr 10 ist in einer Mehrzahl von mäanderförmig oder schlangenförmig in einer Platte 3 eingefrästen Einfräsungen 4 eingelegt, wobei die Einfräsungen 4 in der Breite und der Tiefe auf den Außendurchmesser D angepasst sind. Die mit dem erfindungsgemäßen Wärmeleitrohr 10 versehene Platte 3 dient beispielsweise als ein Element einer Fußbodenheizung oder als ein Element einer an einer Wand zu befestigenden Flächenheizung. Außerdem kann ein so gebildetes Plattenelement 3 mit den eingelegten Wärmeleitrohren 10, die an einen Heiz- oder Kühlkreislauf angeschlossen sind, auch als ein Deckenelement zur Kühlung oder zur Heizung von Räumen verwendet werden. Alternativ zu der dargestellten Anwendung kann das erfindungsgemäße Wärmeleitrohr 10 auch vollständig im Material eines plattenförmigen Bauteils eingebettet sein, beispielsweise einem Betonfertigteil, um anschließend mit einem entsprechenden Überstand an den beiden Enden des als Endlosrohr eingelegten Wärmeleitrohres 10 an ein Heizungssystem oder ein Kühlsystem angeschlossen zu werden. Darüber hinaus lässt sich das erfindungsgemäße Wärmeleitrohr 10 auch sehr gut ohne eine solche Einbettung oder Integration als ein Wärmeübertragungs- oder Kälteübertragungselement an bestehenden Strukturen montieren: beispielsweise kann durch die Eigensteifigkeit und die gute Wärmeübertragungseigenschaft des Wärmeleitrohres 10 das Wärmeleitrohr 10 auch als eine Flächenheizung frei in den Raum gehängt werden oder aber an bestehenden Deckenprofilen eines Raums montiert werden. In letzterem Fall sind entsprechende Halterungen in bestimmten Abständen an dem Wärmeleitrohr 10 anzubringen.
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Die 5 zeigt ein Anwendungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmeleitrohres 10. Das Wärmeleitrohr 10 ist in ein metallisches Profilelement 6 mit einer Aufnahme für das Wärmeleitrohr 10 eingesetzt. Hierdurch wird die Wärmeabstrahlung weiter verstärkt und großflächiger verteilt, wie es die Pfeile in der 5 veranschaulichen. Das metallische Profilelement 6 kann rinnenförmige Stege 7 zur Aufnahme des Wärmeleitrohres aufweisen. Alternativ hierzu kann das Profilelement 6 auch eine andere Form aufweisen und zum Beispiel eine röhrenförmige Aufnahme für das Wärmeleitrohr 10 im entsprechenden Durchmesser haben.
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Das erfindungsgemäße Wärmeleitrohr 10 für thermische Anwendungen lässt sich auch exzellent mit weiteren Elementen von Heizungs- und Kühlsystemen kombinieren. Zum Beispiel kann das Wärmeleitrohr 10 einseitig mit einer Isolationsschicht versehen sein, so dass eine gezielte Abstrahlung von Wärme bzw. Kälte in eine Richtung ausgehend von dem Wärmeleitrohr 10 erreicht wird. Das erfindungsgemäße Wärmeleitrohr 10 ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Beispielsweise kann das Verhältnis der Dicke d2 der Außenschicht 2 zu der Dicke d1 der Innenschicht 1 auch anders sein, solange die Innenschicht 1 dünner ist als die Außenschicht 2. Die Außenschicht 2 bietet damit eine ausreichende Stabilität und Festigkeit des Rohres, wohingegen die demgegenüber dünnere Innenschicht 1 im Wesentlichen lediglich die technische Funktion eines Schutzes des Materials der Außenschicht 2 vor dem in dem Wärmeleitrohr 10 fliegenden Medium (Heizwasser, Kühlmittel mit oder ohne Zusätze etc.) bietet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Norm DIN 4627 [0010]
- Norm DIN 4726 [0021]
