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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mit mindestens einem Stützträger versehenen gewölbten Reflektors für eine solarthermische Anlage, bei dem ein gewölbter, eine konvexe Rückseite aufweisender Reflektor durch Kleben mit mindestens einem Stützträger verbunden wird, sowie einen nach einem solchen Verfahren hergestellten gewölbten Reflektor.
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Hinsichtlich des Ausbaus solarthermischer Kraftwerke stehen nicht nur Fragestellungen zur Steigerung der Energieausbeute im Vordergrund, sondern auch in zunehmendem Maße eine Verringerung der für solche Anlagen notwendigen Investitionskosten. Bei einem solarthermischen Kraftwerk mit einer Vielzahl von Spiegeln (Reflektoren) hängt die erzielbare Leistungsabgabe von der nutzbaren Spiegelfläche ab. Solarthermische Kraftwerke werden mit Flachspiegeln, aber auch mit Parabolspiegeln, insbesondere Parabolrinnenkollektoren ausgerüstet. Die verwendeten Parabolrinnenkollektoren haben in der Regel eine beachtliche Gesamtlänge, die mitunter mehr als 100 m betragen kann. Aus Herstellungs- und Transportgründen werden Parabolrinnenkollektoren segmentweise hergestellt, wobei die Länge der einzelnen Segmente beispielsweise in der Größenordnung von 8 m bis 12 m liegt. Aufgrund der relativ großen Flächen der verwendeten gewölbten Spiegel besteht die Notwendigkeit, diese abzustützen, da die gewölbte parabolische Spiegelkontur sehr präzise eingehalten werden muss, um eine hohe Energieausbeute zu gewährleisten.
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Dies gilt insbesondere für Dünnschichtspiegel, wie zum Beispiel eloxierte Aluminiumbleche oder Polymerfolien, aber auch für selbsttragende Parabolrinnenspiegel aus rückseitig versilbertem Verbundglas. Ferner müssen die als Kollektoren dienenden Spiegel einer solarthermischen Anlage mechanisch dem Sonnenstand nachgeführt werden. Aus diesem Grund werden gewölbte Spiegel für solarthermische Anlagen mit einer beweglich lagerbaren Unterkonstruktion versehen.
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Aus der
DE 199 31 372 C1 ist ein rinnenförmiger Solarkollektor zur Fokussierung von Sonnenstrahlung auf einen langgestreckten Absorber bekannt. Der Solarkollektor weist einen Längsträger auf, an dem mehrere Querträger montiert sind. Zwischen zwei aufeinander folgenden Querträgern ist ein rinnenförmiger Reflektor angeordnet, der beispielsweise aus einem Blech gebildet ist. Die Querträger bestehen aus einem relativ dünnen Blech und haben eine zentrale Öffnung, mit der sie auf den Längsträger aufgesteckt sind. In den Querträgern sind Ausnehmungen zur Aufnahme von jeweils zu beiden Seiten des Querträgers vorstehenden, die Reflektoren tragenden Steckzungen vorgesehen. Der zwischen zwei aufeinander folgenden Querträgern angeordnete Reflektor und die Steckzungen können miteinander kraftschlüssig, beispielsweise mit einer Schraub-, Niet- oder Klebeverbindung verbunden werden.
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Rinnenförmige Solarkollektoren bieten aufgrund ihrer großen Reflektorfläche dem Wind eine große Angriffsfläche. Um hohe Windlastanforderungen erfüllen zu können, müssen die Querträger des aus der
DE 199 31 372 C1 bekannten Solarkollektors mit relativ vielen Ausnehmungen und Steckzungen zur Anbindung der Reflektoren versehen werden. Die Anbindung der Reflektoren über die Steckzungen ist arbeitsaufwendig und verursacht in den durch Schrauben, Nieten oder relativ wenige Klebestellen realisierten Anbindungspunkten örtliche Spannungs- und dementsprechend Lastkonzentrationen. Eine an verschieden hohe Windlastanforderungen angepasste Verbindung von Querträgern und Reflektoren lässt sich mit dem aus der
DE 199 31 372 C1 bekannten Solarkollektor kaum oder nur schwierig realisieren.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines mit mindestens einem Stützträger versehenen gewölbten Reflektors für eine solarthermische Anlage anzugeben, welches auf einfache Weise eine anforderungsoptimierte Klebverbindung von Reflektor und Stützträgern und zudem besonders geringe Produktionskosten ermöglicht. Daneben soll ein kostengünstiger gewölbter Reflektor für eine solarthermische Anlage bereitgestellt werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch einen Reflektor mit den Merkmalen des Anspruchs 16 gelöst.
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Das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem ein gewölbter, eine konvexe Rückseite aufweisender Reflektor durch Kleben mit mindestens einem Stützträger verbunden wird, ist im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass als Stützträger Stützprofile verwendet werden, die jeweils eine dem Konturverlauf der Reflektorrückseite folgende streifenförmige Anbindungsfläche aufweisen, welche sich insbesondere parallel zur Längsmittelachse des jeweiligen Stützprofils erstreckt, wobei auf die Reflektorrückseite den Anbindungsflächen zugeordnete linienförmige Klebstoffraupen und/oder auf die Anbindungsflächen der Stützprofile linienförmige Klebstoffraupen aufgetragen werden, und wobei der Reflektor einerseits und die Stützprofile oder das jeweilige Stützprofil andererseits nach dem Klebstoffraupenauftrag aneinandergefügt und relativ zueinander solange fixiert werden, bis zumindest eine Teilaushärtung des Klebstoffs erfolgt ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht durch die Verwendung von Stützprofilen, die eine dem Konturverlauf der Reflektorrückseite weitgehend folgende streifenförmige Anbindungsfläche aufweisen, eine direkte Klebeverbindung von Reflektor und Stützprofil. Eine Montage von zusätzlichen Zwischenelementen, wie etwa den Steckzungen gemäß der
DE 199 31 372 C1 , ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht erforderlich. Die Stützprofile lassen sich auf relativ einfache Weise mit hoher Maßgenauigkeit herstellen. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Stützprofile vorzugsweise aus Metallblech durch Tiefenziehen geformt werden. Falls ein Ausgleich von Fertigungstoleranzen der Stützprofile notwendig ist, so kann dies bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einfache und zuverlässige Weise durch Dickschichtklebung realisiert werden. Die dem Konturverlauf der Reflektorrückseite weitgehend folgende streifenförmige Anbindungsfläche des Stützprofils ermöglicht insbesondere eine anforderungsoptimierte Klebverbindung von Reflektor und Stützprofil. So kann bei hohen Lastanforderungen mindestens eine durchgehende linienförmige Klebstoffraupe zur stoffschlüssigen Verbindung von Reflektor und Stützprofil auf die Reflektorrückseite und/oder auf die mindestens eine Anbindungsfläche des Stützprofils aufgetragen werden, während bei mittleren oder geringen Lastanforderungen mindestens eine unterbrochene linienförmige Klebstoffraupe aufgetragen werden kann. Somit kann auf einfache Weise eine anforderungsoptimierte Klebverbindung von Reflektor und Stützprofilen realisiert werden. Die anforderungsoptimierte Klebverbindung umfasst dabei einen bedarfsoptimierten Klebstoffauftrag, durch den ein übermäßiger Klebstoffverbrauch und damit unnötige Materialkosten vermieden werden können. Im Gesamtergebnis ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren somit die Herstellung eines mit mindestens einem Stützträger versehenen gewölbten Reflektors für eine solarthermische Anlage zu besonders geringen Produktionskosten.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass als Stützprofile oder Stützteilprofile Strangpressprofile und/oder Rollformprofile verwendet werden. Strangpressen sowie Rollformen (Walzprofilieren) ermöglichen die Herstellung großer Mengen gleichartiger Stützprofile mit konstantem Querschnitt zu relativ günstigen Produktionskosten. Die so hergestellten, in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Stützprofile können beispielsweise eine T-förmige, Doppel-T-förmige, Z-förmige, L-förmige, C-förmige oder U-förmige Querschnittsform aufweisen.
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Darüber hinaus stehen aber auch andere Herstellungsverfahren, insbesondere das Tiefziehen zur Verfügung, um erfindungsgemäße Stützprofile oder Stützteilprofile bereitzustellen, die jeweils eine dem Konturverlauf der Reflektorrückseite weitgehend folgende streifenförmige Anbindungsfläche aufweisen, welche sich bevorzugt parallel zur Längsmittelachse des jeweiligen Stützprofils bzw. Stützteilprofils erstreckt. Tiefziehen von U-förmigen Stützprofilen oder U-förmigen Stützteilprofilen kann mit hoher Präzision einfach, mit wenigen Prozessschritten und kurzen Taktzeiten durchgeführt werden. Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dementsprechend dadurch gekennzeichnet, dass als Stützprofile oder Stützteilprofile durch Tiefziehen hergestellte Blechformteile verwendet werden. Aufgrund der höheren geometrischen Freiheitsgrade beim Tiefziehen können spezifische und belastungsgerechte Form- oder Querschnittsänderungen der Stützprofile oder Stützteilprofile, beispielsweise zum Ausformen der Anbindungsflächen, leicht berücksichtigt werden. Insbesondere kann beim Tiefziehen der Querschnitt des Stützprofils oder Stützteilprofils in Längsrichtung variiert werden. Über Querschnittsänderungen des Stützprofils oder Stützteilprofils können insbesondere unterschiedlichen Steifigkeitsanforderungen in Längsrichtung des Stützprofils Rechnung getragen werden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Anbindungsflächen für den Reflektor durch an den Stützprofilen ausgebildete Flansche bereitgestellt werden. Ein Flansch lässt sich bei der Herstellung des jeweiligen Stützprofils oder Stützteilprofils einfach beim Urformen bzw. Umformen von Ausgangsmaterial erzeugen, so dass keine weiteren Zwischenelemente, wie etwa Steckzungen gemäß der
DE 199 31 372 C1 , notwendig sind. Zudem bewirkt ein Flansch vorteilhaft eine Erhöhung der Steifigkeit des jeweiligen Stützprofils oder Stützteilprofils, welches vorzugsweise als Leichtbauteil ausgeführt wird.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das jeweilige Stützprofil aus mehreren in Längsrichtung des Stützprofils aneinandersetzbaren Stützteilprofilen zusammengesetzt wird. Durch die Unterteilung des Stützprofils in mindestens zwei Stützteilprofile können die Produktionskosten durch den Einsatz von einfachen und kleineren Werkzeugen weiter gesenkt werden. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn beispielsweise zwei im Wesentlichen identisch geformte Stützteilprofile spiegelbildlich angeordnet miteinander ein vollständiges Stützprofil bilden. Die Verwendung von mehreren Stützteilprofilen ermöglicht ferner auch eine belastungsoptimierte Konstruktion durch Einsatz unterschiedlicher Blechdicken und/oder Materialgüten je Teilprofil. Zudem können die Stützteilprofile aufgrund ihrer kleineren Abmessung einfacher transportiert und beim Ankleben an die konvex gewölbte Rückseite des Solarreflektors (Kollektors) einfacher gehandhabt werden.
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Zur zuverlässigen Verbindung von Reflektor und Stützprofil wird es in der Regel ausreichen, wenn gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Klebstoffraupen mit einer Dicke im Bereich von 1 mm bis 10 mm auf die Reflektorrückseite und/oder die Anbindungsflächen der Stützprofile aufgetragen werden.
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Hinsichtlich eines Ausgleichs von Fertigungstoleranzen der Stützprofile sieht eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, dass die Klebstoffraupen mit einer Dicke von mindestens 3 mm, vorzugsweise mindestens 6 mm auf die Reflektorrückseite und/oder die Anbindungsflächen der Stützprofile aufgetragen werden.
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Eine besonders zuverlässige stoffschlüssige Verbindung von Reflektor und Stützprofil wird erzielt, wenn die Klebstoffraupen in Form von durchgehenden Klebstoffraupen auf die Reflektorrückseite und/oder die Anbindungsflächen der Stützprofile aufgetragen werden. Diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist von Vorteil, wenn der Reflektor im Einsatzgebiet hohen Windlasten ausgesetzt sein kann.
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Soll der Reflektor dagegen an einem Ort aufgestellt werden, an dem nur mittlere Windlasten herrschen, so wird ein Auftrag von durchgehenden Klebstoffraupen in der Regel nicht erforderlich sein. Zur Einsparung von Klebstoffkosten sieht eine andere bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens für solche Anwendungsfälle vor, dass die Klebstoffraupen in Form von unterbrochenen Klebstoffraupen aufgetragen werden, derart, dass der Abstand zwischen den aufeinanderfolgenden Klebstoffraupenabschnitten gleich oder kleiner ist als die Länge des jeweiligen Klebstoffraupenabschnittes.
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Ist dagegen lediglich mit geringen Windlasten zu rechnen, so kann die aufzutragende Klebstoffmenge noch weiter reduziert werden. Für solche Anwendungsfälle sieht eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, dass die Klebstoffraupen in Form von unterbrochenen Klebstoffraupen aufgetragen werden, derart, dass der Abstand zwischen den aufeinanderfolgenden Klebstoffraupenabschnitten größer ist als die Länge des jeweiligen Klebstoffraupenabschnittes.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Klebstoffraupen in Form von unterbrochenen Klebstoffraupen aufgetragen werden, derart, dass die aufeinanderfolgenden Klebstoffraupenabschnitte von mindestens zwei parallel zueinander verlaufenden unterbrochenen Klebstoffraupen in Bezug auf die Querrichtung des anzuklebenden Stützprofils versetzt zueinander angeordnet sind. Diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist insbesondere im Zusammenhang mit der Verwendung von U-förmigen Stützprofilen, die parallel zueinander verlaufende Flansche als streifenförmige Anbindungsflächen aufweisen, von Vorteil, wenn die zu erwartenden auf den Reflektor einwirkenden Windlasten nicht groß, sondern nur mittelgroß oder eher gering sind. Durch diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt sich bei Verwendung von im Querschnitt U-förmigen Stützprofilen mit parallel zueinander verlaufenden Flanschen als Anbindungsflächen einerseits Klebstoff einsparen, andererseits aber gegenüber dem Auftrag einer einzelnen durchgehenden Klebstoffraupe dennoch aufgrund der Doppelauflage eine höhere Verbindungsstabilität erzielen.
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Für einen zuverlässigen Ausgleich von Maßtoleranzen der Stützprofile bei hoher Verbindungsstabilität und zugleich möglichst geringem Verbrauch an Klebstoff sieht eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, dass die jeweilige Klebstoffraupe derart aufgetragen wird, dass sie vor dem Aneinanderfügen und Fixieren von Reflektor und Stützprofil eine Querschnittsform aufweist, die sich von der jeweiligen Basisfläche zur freien Oberseite der Klebstoffraupe hin verjüngt, vorzugsweise eine im Wesentlichen dreieckige Querschnittsform aufweist.
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Um einen schnellen, zuverlässigen und reproduzierbaren Auftrag der Klebstoffraupen zu erzielen, wird nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine programmgesteuerte Auftragsvorrichtung zum automatischen Auftrag der Klebstoffraupen verwendet. Diese Ausgestaltung ermöglicht auf einfache Weise insbesondere eine Variation des Klebstoffauftrags vom Auftrag einer durchgehenden Klebstoffraupe zum Auftrag einer unterbrochenen Klebstoffraupe und umgekehrt durch einfache Umprogrammierung bzw. einen Programmwechsel.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich insbesondere gegenüber dem aus der
DE 199 31 372 C1 bekannten Stand der Technik dadurch aus, dass bei ihm keine aufwendigen konstruktiven Anpassungen notwenig sind, wenn zum Beispiel ein anderer Klebstoffauftrag benötigt wird oder bei gleichen oder ähnlichen Bauteilen unterschiedlich geklebte Varianten benötigt werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist eine Anpassung bzw. Variation des Klebstoffauftrags bei automatisierter Klebung einfach durch einen Programmwechsel möglich. Unterschiedliche Varianten des Klebstoffauftrags können beispielsweise dann notwendig sein, wenn innerhalb eines Solarfeldes Bereiche mit unterschiedlichen Anforderungen an die Tragstruktur und somit an die Klebung existieren, die zum Beispiel auf Grund unterschiedlicher Windverhältnisse innerhalb des Solarfeldes zustande kommen können.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass eine programmgesteuerte Handhabungsvorrichtung zum automatischen Aneinanderfügen und Fixieren von Reflektor und Stützprofil verwendet wird. Auch diese Ausgestaltung ermöglicht eine schnelle, zuverlässige und reproduzierbare Herstellung eines mit mindestens einem Stützträger versehenen gewölbten Reflektors für eine solarthermische Anlage.
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Um die Produktionszeit bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gering zu halten, sieht eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens vor, dass der Klebstoff nach dem Aneinanderfügen und Fixieren von Reflektor und Stützprofil bzw. Stützprofilen mit Wärme und/oder Lichtstrahlung, beispielsweise UV-Strahlung beaufschlagt wird.
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Weitere bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit einer Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in
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1a) einen Solarkollektor mit rinnenförmigem Reflektor und an dessen konvexer Rückseite angebrachtem Stützträger, in schematischer Schnittansicht senkrecht zur Längsachse des Solarkollektors;
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1b) bis 1f) den Stützträger der 1a) in verschiedenen Querschnittsausführungen;
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2a) einen weiteren Solarkollektor mit rinnenförmigem Reflektor und an dessen konvexer Rückseite angebrachtem Stützträger, in schematischer Schnittansicht senkrecht zur Längsachse des Solarkollektors;
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2b) bis 2d) Querschnittansichten des Stützträgers der 2a) entlang den Schnittlinien A-A, B-B und C-C in 2a);
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2e) bis 2g) Draufsichten auf den Stützträger des Solarkollektors der 2a) ohne Reflektor, in Richtung D in 2a;
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2h) bis 2j) eine Variante eines Stützträgers des Solarkollektors der 2a) oder 1e) oder 1f) ohne Reflektor, in Draufsicht und im Querschnitt entlang der Schnittlinien E-E und F-F in 2h;
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2k) bis 2m) eine weitere Variante eines Stützträgers des Solarkollektors der 2a) oder 1e) oder 1f) ohne Reflektor, in Draufsicht und im Querschnitt entlang der Schnittlinien G-G und H-H in 2k;
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3 eine Produktionsanlage zur Herstellung eines erfindungsgemäßen mit Stützträgern versehenen Reflektors zur Fokussierung von Solarstrahlen, in einer schematischen perspektivischen Darstellung;
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4a) bis 4c) verschiedene Fertigungsschritte bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen mit Stützträgern versehenen gewölbten Reflektors, in einer schematischen perspektivischen Darstellung;
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5a) und 5b) zwei Ausführungsbeispiele der Querschnittsform einer Klebstoffraupe; und
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6a) bis 6c) verschiedene Ausführungsbeispiele für eine Klebstoffauftragung auf die Rückseite eines gewölbten Reflektors, in einer schematischen perspektivischen Darstellung.
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1a) zeigt zunächst ein Ausführungsbeispiel eines Solarkollektors 1 mit einem gewölbten Reflektor (Spiegel) 2, an dessen konvexer Rückseite quer zur Längsachse des Kollektors 1 verlaufende Stützträger 3 angeklebt sind. Der Reflektor 2 ist hier als Parabolrinnenspiegel ausgebildet. Im Zentrum des Parabolrinnenspiegels 2 ist ein Absorberrohr 4 angeordnet, auf welches die auf den gewölbten Spiegel 2 auftreffenden Sonnenstrahlen fokussiert werden, wobei in dem Absorberrohr 4 ein zu erhitzendes Fluid fließt. Die Stützträger 3 sind auf einem in Längsrichtung des Kollektors 1 verlaufenden Längsträger 5 angeordnet und mit diesem beispielsweise über Schrauben oder andere Verbindungsmittel verbunden.
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Die Stützträger 3 bestehen aus Stützprofilen und weisen jeweils eine dem Konturverlauf der Reflektorrückseite folgende streifenförmige Anbindungsfläche 6 auf, welche sich parallel zur Längsmittelachse des jeweiligen Stützprofils 3 erstreckt. Die Anbindungsfläche 6 ist bedarfsgerecht zumindest abschnittsweise mit Klebstoff 7 zur stoffschlüssigen Verbindung des Reflektors 2 mit dem Stützprofil 3 versehen. Hierzu werden den Anbindungsflächen 6 zugeordnete linienförmige Klebstoffraupen auf die Reflektorrückseite und/oder auf die Anbindungsflächen 6 der Stützprofile 3 aufgetragen. Anschließend werden der Reflektor 2 und die Stützprofile 3 oder das jeweilige Stützprofil 3 aneinandergefügt und relativ zueinander solange fixiert, bis zumindest eine Teilaushärtung des Klebstoffs 7 erfolgt ist.
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Die Stützprofile 3 können beliebige Geometrien aufweisen, wobei es sich aber vorzugsweise um an die ermittelte Spitzenbelastung des Solarkollektors 1 angepasste Geometrien handelt. Hierzu werden die in dem geographischen Einsatzgebiet des Solarkollektors 1 auftretenden Spitzen-Windlasten sowie die Belastungen, die beim Nachführen des Reflektors 2 in Abhängigkeit des Sonnenstandes durch Schwenken des Solarkollektors 1 auftreten, ermittelt und bei der Auslegung der Geometrie der Stützprofile 3 berücksichtigt.
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Die Stützprofile 3 sind beispielsweise aus metallischem Werkstoff, vorzugsweise aus Stahlwerkstoff gebildet. Sie können insbesondere durch Strangpressen oder Rollformen hergestellt werden. In den 1b) und 1c) sind als Beispiele für die Querschnittsform eines bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Stützprofils 3 ein Strangpressteil in Form eines Doppel-T-Profils (1b)) bzw. eines T-Profils (1c)) dargestellt. Des Weiteren können als Stützprofile 3 bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auch Strangpressteile oder Rollformteile in Form eines Z-Profils (1d)) und/oder in Form eines U-Profils mit nach außen vorstehenden Flanschen 6.1, 6.2 (1e) bzw. 1f)) verwendet werden.
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Ferner können als Stützprofile 3 bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, wie in den 2a) bis 2d) gezeigt, auch Tiefziehteile in Form von U-Profilen mit nach außen vorstehenden Flanschen 6.1, 6.2 verwendet werden. In dem in den 2a) bis 2d) dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Stützprofil 3 eine sich entlang der Längsachse des Stützprofils variierende Querschnittsform auf. Im Bereich des Längsträgers 5 ist die Profiltiefe des Stützprofils 3 relativ klein, während sie in Richtung des freien Endes des Stützprofils 3 bzw. der Außenkante des Reflektors 2 zunächst stetig zunimmt, ein Maximum erreicht und dann in Richtung des freien Endes des Stützprofils 3 stetig abnimmt. Des Weiteren ist in 2a) zu erkennen, dass das Stützprofil aus zwei in Längsrichtung des Stützprofils 3 aneinandergesetzten Stützteilprofilen 3.1, 3.2 gebildet ist. Die Stützteilprofile 3.1, 3.2 können beispielsweise über Verschraubungselemente unter Verwendung von Bohrungen, die in den einander zugewandten Enden der Stützteilprofile ausgebildet sind, miteinander verbunden werden. Allerdings sind auch andere Verbindungsarten der Stützteilprofile 3.1, 3.2 denkbar, beispielsweise Löten, Schweißen, Kleben oder andere stoff-, form- und/oder kraftschlüssige Verbindungen.
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In 3 ist eine Produktionsanlage zur Herstellung eines erfindungsgemäßen mit Stützträgern 3 versehenen Reflektors 2 zur Fokussierung von Solarstrahlen schematisch dargestellt. Die Anlage weist eine Vorrichtung 8 zur Aufnahme eines oder mehrerer gewölbter Reflektoren 2 auf. Die Aufnahmevorrichtung 8 ist beispielsweise aus einem länglichen Körper 8.1 gebildet, der eine zylindersegmentförmige Mantelfläche aufweist. Der Körper 8.1 besitzt beispielsweise eine Länge im Bereich von 8 m bis 25 m. Die Krümmung der gewölbten Querschnittkontur des Körpers 8.1 entspricht im Wesentlichen der gewölbten Innenkontur von mit Stützträgern (Stützprofilen) 3 zu versehenden Reflektoren 2. Die Reflektoren (Spiegel) 2 können dabei beispielsweise aus gewölbtem Verbundglas, dessen Rückseite versilbert ist, oder aus dünnem eloxiertem Aluminiumblech oder verchromtem Metallblech, insbesondere Edelstahlblech bestehen.
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Ein oder mehrere solcher Reflektoren (Spiegel) 2 werden mit ihrer konkav gewölbten Vorderseite auf den Aufnahmekörper 8.1 aufgelegt. Ein Abschnitt des herzustellenden Solarkollektors 1 kann beispielsweise vier Reflektorsegmente (Spiegeln) 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 umfassen (vgl. 4a) bis 4c)). Der Transport und die Positionierung der Reflektoren 2 bzw. 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 werden vorzugsweise automatisiert mittels einer geeigneten Handhabungseinrichtung, beispielsweise mittels eines mit einem Sauggreifer ausgerüsteten Roboters (nicht gezeigt) durchgeführt.
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Auf die gekrümmte Rückseite der Reflektoren 2 bzw. 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 wird dann an vorgegebenen Stellen Klebstoff 7 aufgetragen. Der Klebstoff 7 wird dabei vorzugsweise mittels eines Roboters oder einer anderen geeigneten Einrichtung, beispielsweise einer parallel zu dem länglichen Aufnahmekörper 8.1 verfahrbaren Portalanlage 9 automatisiert aufgetragen. An dem brückenartigen Träger 9.1 der Portalanlage 9 ist ein heb- und senkbarer Roboterarm 9.2 angeordnet, der entlang des Trägers 9.1 bzw. quer zu dem länglichen Aufnahmekörper 8.1 verfahrbar ist. Die Hand des Roboterarms 9.2 hält eine Auftragsdüse 9.3, die beispielsweise über eine Rohr- oder Schlauchleitung 9.4 an einem Klebstoffvorratsbehälter 9.5 angeschlossen ist.
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Der Klebstoff 7 wird bedarfsgerecht in Form von linienförmigen Klebstoffraupen auf die Rückseite der Reflektoren 2 bzw. 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 aufgetragen. Die Klebstoffraupen werden dabei je nach den Lastanforderungen, welchen der Solarkollektor 1 im späteren Einsatz ausgesetzt ist, als durchgehende (7') oder unterbrochene Klebstoffraupen 7'' oder 7''' aufgetragen.
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Nach dem Klebstoffauftrag wird der Roboterarm 9.2 in eine Parkposition P1 gefahren, die sich nahe an einem der vertikalen Stützen 9.7 der Portalanlage 9 befindet. Mittels mindestens einer geeigneten Handhabungsvorrichtung, beispielsweise einem Greifer 9.6, der bzw. die an einem Roboter oder der Portalanlage 9 aufgehängt ist, werden die an den Konturverlauf der Reflektoren 2 bzw. 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 angepassten Stützprofile (Querträger) 3 aus Vorratsbehältern 10.1, 10.2, beispielsweise Gitterboxen entnommen, in Position gebracht, auf die Klebstoffraupen auf der Reflektorrückseite aufgesetzt und bei Bedarf in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Klebstoffs 7 mit einem vorbestimmten Anpressdruck fixiert, bis zumindest eine Teilaushärtung erfolgt ist (vgl. 4a) bis 4c)).
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Unterstützend können geeignete Wärme- und/oder Strahlungsquellen (nicht gezeigt) verwendet werden, welche die Teilaushärtung bzw. vollständige Aushärtung des Klebstoffs 7 beschleunigen.
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Der an dem brückenartigen Träger 9.1 der Portalanlage 9 verfahrbare Greifer 9.6 wird anschließend wieder in seine Parkposition P2 gefahren, die sich an dem der Parkposition P1 der Klebstoffauftragsvorrichtung gegenüberliegenden Ende des Trägers 9.1 bzw. nahe der anderen vertikalen Stütze 9.7 der Portalanlage 9 befindet. Die Begrenzungen der beiden Parkpositionen P1 und P2 sind in 3 durch vertikal verlaufende Strichlinien markiert.
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Nach ausreichender Aushärtung des Klebstoffs 7 wird der mit Stützprofilen 3 versehene Reflektor (Parabolrinnenspiegel) 2 mittels eines Krans 11, beispielweise eines Hallenkrans oder mobilen Krans, oder einer anderen geeigneten verfahrbaren Hebevorrichtung von dem Aufnahmekörper 8.1 abgehoben und zu einer nächsten Bearbeitungsstation oder einem Zwischenlager transportiert.
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Werden die Stützprofile 3, wie in 2a gezeigt, aus zwei oder mehr Stützteilprofilen 3.1, 3.2 zusammengesetzt, so umfasst eine Produktionsanlage gemäß 3 vorzugsweise einen Vorratsbehälter 10.1 mit Stützteilprofilen 3.1 für die rechte Seite und einen Vorratsbehälter 10.2 mit Stützteilprofilen 3.2 für die linke Seite des herzustellenden Solarkollektors 1. Es versteht sich, dass die Produktionsanlage nicht nur wie in 3 dargestellt mit einer Portalanlage 9 ausgestattet sein kann, sondern dass alternativ oder ergänzend auch konventionelle Roboter zur Herstellung eines erfindungsgemäßen mit Stützträgern versehenen Reflektors eingesetzt werden können.
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Die Anbindungsfläche 6 wird seitens der anzuklebenden Stützprofile 3 bzw. 3.1, 3.2 vorzugsweise durch mindestens einen, vorzugsweise zwei an dem jeweiligen Stützprofil ausgebildete Flansche 6.1, 6.2 bereitgestellt. Die erforderliche Bauteilgenauigkeit zur Erzielung einer möglichst hohen optischen Qualität des Solarkollektors 1 wird insbesondere durch eine hohe Fertigungsgenauigkeit der Stützprofile 3 bzw. Stützteilprofile 3.1, 3.2 erreicht. Hierzu werden die Stützprofile 3 vorzugsweise aus Metallblech als Tiefziehteile hergestellt. Des Weiteren beinhaltet das erfindungsgemäße Verfahren die Möglichkeit, gewisse Maß- oder Formtoleranzen der Stützprofile 3 bzw. der damit zu verbindenden Reflektoren 2 bzw. 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 durch eine Dickschichtklebung auszugleichen. Hierzu werden die linienförmigen Klebstoffraupen 7' beispielsweise mit einer Schichtdicke im Bereich von 3 mm bis 6 mm auf die Reflektorrückseite und/oder die Anbindungsflächen 6 bzw. Flansche 6.1, 6.2 der Stützprofile 3 bzw. Stützteilprofile 3.1, 3.2 aufgetragen.
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Die zum Auftrag des Klebstoffs 7 verwendete Auftragsdüse 9.3 ist vorzugsweise so ausgebildet, dass die damit aufgetragene Klebstoffraupe 7', 7'' oder 7''' eine Querschnittsform aufweist, die sich von der jeweiligen Basisfläche zur freien Oberseite der Klebstoffraupe 7' hin verjüngt, vorzugsweise eine im Wesentlichen dreieckige Querschnittsform aufweist (vgl. 5a) und 5b)). Die Klebstoffraupen 7', 7'', 7''' können allerdings auch mit anderen Querschnittsformen auf die Reflektorrückseite und/oder die Anbindungsflächen 6 bzw. Flansche 6.1, 6.2 der Stützprofile 3 bzw. Stützteilprofile 3.1, 3.2 appliziert werden.
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Um die Materialkosten für die Herstellung eines mit Stützträgern 3 versehenen gewölbten Reflektors 2 zu minimieren, sieht die vorliegende Erfindung einen bedarfsoptimierten Klebstoffauftrag vor. Bei hohen Lastanforderungen, insbesondere hohen ermittelten Windlasten, wird der Klebstoff 7 in Form von durchgängigen linienförmigen Klebstoffraupen 7' appliziert (vgl. 6c).
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Bei mittleren Lastanforderungen wird der Klebstoff 7 dagegen in Form von unterbrochenen linienförmigen Klebstoffraupen 7'' appliziert, und zwar derart, dass der Abstand zwischen den aufeinanderfolgenden Klebstoffraupenabschnitten 7.1 gleich oder kleiner ist als die Länge des jeweiligen Klebstoffraupenabschnittes 7.1 (vgl. 6b).
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Sind die erfindungsgemäß hergestellten Solarkollektoren 1 lediglich geringen Windlasten bzw. Lastanforderungen ausgesetzt, so wird der Klebstoff 7 vorzugsweise in Form von unterbrochenen linienförmigen Klebstoffraupen 7''' aufgetragen, und zwar derart, dass der Abstand zwischen den aufeinanderfolgenden Klebstoffraupenabschnitten 7.1 größer ist als die Länge des jeweiligen Klebstoffraupenabschnittes 7.1 (vgl. 6a).
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In den 2f) und 2g) sind zwei weitere vorteilhafte Varianten des Klebstoffauftrags skizziert, die bei U-förmig ausgebildeten Stützprofilen 3 bzw. 3.1, 3.2 mit parallel zueinander verlaufenden Flanschen 6.1, 6.2 angewandt werden können, eine erhebliche Klebstoffeinsparung ermöglichen und dennoch eine stoffschlüssige Verbindung mit hoher Stabilität ergeben.
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Die in den 2f) und 2g) skizzierten Varianten des Klebstoffauftrags sind jeweils dadurch gekennzeichnet, die Klebstoffraupen in Form von zwei unterbrochenen Klebstoffraupen 7'' bzw. 7''' aufgetragen werden, wobei die aufeinanderfolgenden Klebstoffraupenabschnitte 7.1 der beiden parallel zueinander verlaufenden unterbrochenen Klebstoffraupen 7'' bzw. 7''' in Bezug auf die Querrichtung des anzuklebenden Stützprofils 3 versetzt zueinander angeordnet sind.
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Die Klebstoffgesamtlänge der in 2f) skizzierten Variante entspricht im Wesentlichen der Klebstoffgesamtlänge einer einzelnen durchgängigen Klebstoffraupe 7' beim Ankleben beispielsweise eines T- oder Z-Profils 3 gemäß 1c) bzw. 1d). Aufgrund der Doppelauflage bzw. Doppelanbindung an den beiden Flanschen 6.1, 6.2 des U-Profils 3 ergibt sich jedoch gegenüber einer einzelnen durchgängigen Klebstoffraupe 7' eine höhere Stabilität der stoffschlüssigen Verbindung.
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Die in den 2h) bis 2m) skizzierten Varianten sind weitere Beispiele für Querschnittsformen geeigneter Stützprofile. Die 2h) bis 2j) zeigen ein Beispiel eines im Wesentlichen U-förmigen Stützprofils 3 mit nach außen vorstehenden und durchgehenden Flanschen 6.1, 6.2, wobei sich die Querschnittsform in Längsrichtung des Stützprofils 3 periodisch ändert. Die 2k) bis 2m) zeigen ein weiteres Beispiel eines im Wesentlichen U-förmigen Stützprofils 3, das lediglich abschnittsweise mit nach außen vorstehenden Flanschen (Flanschabschnitten) 6.1, 6.2 versehen ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines mit mindestens einem Stützträger 3, 3.1, 3.2 versehenen Reflektors 2 ist nicht nur auf die Verbindung zwischen Stützträger 3 und Reflektor 2 beschränkt, sondern kann auch weitere Bauteile umfassen, die mit dem mindestens einen Stützträger (Stützprofil) 3, 3.1, 3.2 verbunden sind, was bis zur vollständigen Unterkonstruktion führen kann. Beispielsweise können mehrere Stützträger (Stützprofile) 3.1, 3.2 vorgesehen sein, die miteinander über weitere Bauteile, insbesondere Längsträger und/oder Querstreben verbunden sind mit dem Reflektor 2, der ebenfalls aus mehreren Segmenten aufgebaut sein kann, fixiert und verbunden werden, so dass ein Reflektor mit Unterkonstruktion für solartechnische Anlagen zur Verfügung gestellt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19931372 C1 [0004, 0005, 0005, 0009, 0012, 0022]