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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Wärmeleitvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und eine Wärmeleitvorrichtung für einen Absorber gemäß Anspruch 8.
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Solarthermische Kollektoren sind allgemein bekannt. Sie weisen üblicherweise eine relativ flache und großflächige Absorberplatte auf, die Energie in Form von Licht aufnimmt, in Wärme umwandelt, und an ein Wärmeträgermedium abgibt, wobei das Wärmeträgermedium die Absorberplatte durchströmt.
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Im Stand der Technik sind verschiedene Ausführungsformen solcher solarthermischen Kollektoren beschrieben. Für gewöhnlich weist die zumeist flächig ausgebildete Wärmeleitvorrichtung ein erstes Sammelrohr zur Zuleitung des Wärmeträgermediums und ein mit diesem über einen oder mehrere Hohlräume oder Leitungen verbundenes zweites Sammelrohr zur Ableitung des Wärmeträgermediums auf, wobei insbesondere die Hohlräume oder Leitungen mit der Absorberplatte in Wärme leitendem Kontakt stehen und daher den eigentlichen Absorberbereich der Wärmeleitvorrichtung bilden. Die beiden Sammelrohre weisen üblicherweise einen größeren Durchmesser bzw. einen größeren Querschnitt auf, als die übrigen Hohlräume oder Leitungen im Absorberbereich. Besonders gebräuchlich sind zum Beispiel Ausgestaltungen mit einem 4- bis 5-fach größeren Durchmesser der Sammelrohre.
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Um solche Wärmeleitvorrichtungen aus Kunststoff kostengünstig herstellen zu können, ist der Einsatz eines Blasformverfahrens wünschenswert. Beim Blasformen zur Herstellung von Hohlkörpern wird ein thermoplastischer Kunststoff in einem Extruder geschmolzen und als schlauchförmiger, formbarer Vorformling extrudiert. Anschließend wird der Vorformling an einer Seite zugedrückt und über eine Düse, die in den Vorformling eingeführt wird in einem den Vorformling umschließenden mehrteiligen Blasformwerkzeug aufgeblasen bis er an der Innenseite des formgebenden Blasformwerkzeugs anliegt und seine endgültige Form erreicht hat. Nach dem der Kunststoff in dem Blasformwerkzeug soweit abgekühlt wurde, bis er eine ausreichende Formsteifigkeit aufweist, kann das Blasformwerkzeug geöffnet und der fertig geformte Hohlkörper entnommen werden. Verfahrensbedingt weist der Hohlkörper an der Stelle, an der die Luft zum Aufblasen eingeleitet wurde, ein Loch auf, das gegebenenfalls nachträglich verschlossen werden muss.
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Die
DE-PS 11 78 580 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von flachen Hohlkörpern, wie insbesondere Wärmflaschen, bei dem ein extrudierter schlauchförmiger Vorformling zwischen zwei Hälften eines Blasformwerkzeugs gebracht durch Spreizdorne in einer Ebene gespreizt wird, so dass er praktisch zwei parallele Bänder bildet. Anschließend wird das Formwerkzeug geschlossen und der Vorformling aufgeblasen. Durch das Spreizen des Vorformlings vor dem Aufblasen in die endgültige Form, kann auch bei der Herstellung eines flachen Hohlkörpers eine relative einheitliche Wanddicke erreicht werden.
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Problematisch im Hinblick auf die Herstellung einer Wärmeleitvorrichtung mit Hilfe des Blasformverfahrens ist die Tatsache, dass die Sammelrohre und die Hohlräume oder Leitungen im Absorberbereich unterschiedliche Querschnitte bzw. Dicken aufweisen. Da die Sammelrohre üblicherweise einen größeren Durchmesser aufweisen, muss der Vorformling in diesen Bereichen besonders stark aufgedehnt werden. Folglich ist die beim Blasformverfahren in diesen Bereichen erzielte Wandstärke geringer als die Wandstärke im Absorberbereich. Dies ist äußerst unvorteilhaft, weil die Sammelrohre vor allem bei der Montage des Kollektors einer besonders großen mechanischen Belastung ausgesetzt sind, während im Absorberbereich eine besonders geringe Wandstärke wünschenswert ist, damit die Wärme möglichst rasch aufgenommen und optimal weitergeleitet werden kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine robuste Wärmeleitvorrichtung für einen flächigen Absorber zur Verfügung zu stellen, die eine rasche und effiziente Wärmeleitung ermöglicht und die zugleich mit einfachen Mitteln kostengünstig bereitgestellt werden kann. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein kostengünstiges und einfaches Verfahren zur Herstellung einer solchen Wärmeleitvorrichtung zur Verfügung zu stellen.
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Erfindungsgemäß wird dies mit den Merkmalen der Patentanspruche 1 und 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Wärmeleitvorrichtung durch Blasformen, wobei ein im wesentlichen schlauchförmiger Vorformling aus einem thermoplastischen Kunststoff zwischen ein mehrteiliges Formwerkzeug gebracht wird und dort vor oder während des Schließens des mehrteiligen Formwerkzeugs gespreizt und anschließend in dem geschlossenen Formwerkzeug durch einen Luftstrom L aufgeweitet wird, sieht die Erfindung vor, dass der Vorformling durch zwei in diesem angeordnete Sammelrohre gespreizt wird und dass die als Spreizen vorgesehenen Sammelrohre im Formwerkzeug und somit im Bauteil verbleiben.
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Dazu sind die als Spreizen vorgesehenen Sammelrohre im Formwerkzeug an den Enden fixiert, wobei vorzugsweise im unteren Bereich Zangen und/oder zugeordnete Aufnahmehülsen an einem Spreizschlitten sowie im oberen Bereich Zangen an einer Auskragung des Formwerkzeuges vorgesehen sind. Dadurch wird die Summe der Biegemomente in den Spreizen reduziert.
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Vorteilhafterweise werden die im Formvorgang am Formwerkzeug fixierten Enden der Sammelrohre nach Abschluss des Formvorgangs freigegeben, indem die Zangen und/oder Aufnahmehülsen im unteren Bereich abgesenkt und die Zangen im oberen Bereich geöffnet werden. Für einen sicheren Fertigungsprozess ist dieses Freigeben der Sammelrohre vor dem Öffnen der Form sehr wichtig, weil sich im Moment der Druckentlastung, also der Entlüftung des Bauteils, und noch stärker nach der Formöffnung, der Großteil der Schwindung im Bauteil einstellt. Ohne das Lösen der Arretierung käme es ansonsten zu Spannungen zwischen den Spreizen, welche die diese möglicherweise deformieren können. Daher müssen die Rohre sowohl vom Spreizschlitten als auch von den Zangen getrennt werden.
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Bei einem derartigen Verfahren wird der Vorformling somit nicht durch Spreizdorne, sondern durch zwei in diesem angeordnete Sammelrohre gespreizt. Aus diesem Grund kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auf die Verwendung von Spreizdornen verzichtet werden, so dass der maschinelle Aufbau der zu verwendenden Blasformvorrichtung besonders einfach ist. Außerdem entfällt der üblicherweise an den Spreizdornen auftretende Materialüberstand, weshalb bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfreulich wenig Materialabfall anfällt.
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Von besonders großem Vorteil ist jedoch, dass die Ausbildung des einstückigen Kunststoffkörpers von der Bereitstellung der Sammelrohre unabhängig ist. Dies ermöglicht, dass die Sammelrohre eine größere Wandstärke aufweisen können, als die den Hohlraum umgebende Wandung. Vorteilhaft ist auch, dass die Wärmeleitvorrichtung nach Abschluss des Blasformverfahrens fertig ausgebildet ist, weil weder nachträglich Spreizdorne entfernt, noch die dadurch entstehenden Löcher verschlossen werden müssen. Dies ermöglicht eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung.
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Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht ferner vor, dass der Luftstrom L über wenigstens ein Sammelrohr in den Vorformling geleitet wird. Auf diese Weise kann nicht nur auf die Einblasdüse verzichtet werden, sondern auch das nachträgliche Verschließen eines Loches entfällt. Stattdessen wird der Luftstrom L direkt über die ohnehin zumindest einseitig offenen Sammelrohre eingebracht. Zugeführt wird die Luft dabei in einer vorteilhaften Ausgestaltung über den Spreizschlitten und die untere Fixierung.
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Davon ausgehend sieht eine wichtige Weiterbildung vor, dass der Luftstrom über die seitliche Öffnung aus dem Sammelrohr austritt. Auf diese Weise kann der Hohlraum, über den die beiden Sammelrohre miteinander verbunden sind, besonders einfach bereitgestellt werden.
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Eine weitere wichtige Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet, dass das Sammelrohr während dem Einbringen des Luftstroms L einseitig abgedichtet und nach Erkalten der Wärmeleitvorrichtung wieder geöffnet wird. Durch das Abdichten des Sammelrohrs wird ein effektives Einblasen des Luftstroms in den Vorformling erreicht. Nach dem Erkalten der Wärmeleitvorrichtung wird das Sammelrohr wieder geöffnet und steht somit wieder zur üblichen Verwendung wie zum Beispiel zum Einleiten oder Ableiten des Wärmeleitmediums zur Verfügung.
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Bei einer Wärmeleitvorrichtung zur Aufnahme eines Wärmeträgermediums für einen flächigen Absorber eines solarthermischen Kollektors, die ein erstes Sammelrohr zur Zuleitung des Wärmeträgermediums und ein zweites Sammelrohr zur Ableitung des Wärmeträgermediums umfasst, wobei die Sammelrohre jeweils wenigstens eine seitliche Öffnung aufweisen, über die sie mit einem Hohlraum verbunden sind, sieht die Erfindung vor, dass der Hohlraum in einem einstückigen Kunststoffkörper ausgebildet ist, und dass die beiden Sammelrohre in dem Kunststoffkörper eingefasst sind.
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Das erfindungsgemäß vorgesehene einstückige Kunststoffprofil kann kostengünstig durch ein Blasformverfahren aus einem geeigneten thermoplastischen Kunststoff hergestellt werden. Durch das Einfassen der beiden Sammelrohre in das einstückige Kunststoffkörper werden die Sammelrohre der Wärmeleitvorrichtung zusätzlich verstärkt und zugleich eine robuste Verbindung zwischen den einzelnen Komponenten geschaffen.
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Durch die separate Ausbildung der Sammelrohre und des Kunststoffkörper wird außerdem erreicht, dass jede Komponente optimal an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden kann. Beispielsweise können die Sammelrohre vergleichsweise dickwandig ausgebildet werden, um der hohen mechanischen Belastung der Sammelrohre bei der Montage des solarthermischen Kollektors gerecht zu werden. Unabhängig davon ermöglicht die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Wärmeleitvorrichtung, dass die den Hohlraum umgebende Wandung zugleich so dünnwandig ausgebildet werden kann, dass eine optimale Wärmeübertragung auf das Wärmeträgermedium möglich ist. Eine derart ausgestaltete Wärmeleitvorrichtung ist daher effizient und zugleich robust.
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Eine wichtige Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein Sammelrohr eine Verdrehsicherung aufweist. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass das Sammelrohr in dem Kunststoffkörper nicht verdreht werden kann. Bei der Verdrehsicherung handelt es sich bevorzugt um eine an dem Sammelrohr ausgebildete Nase, eine Sicke oder um einen Vorsprung der bzw. die mit einer entsprechenden Ausformung am Kunststoffkörper in Eingriff steht.
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Eine andere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beinhaltet, dass die Sammelrohre ein Dichtmittel aufweisen. Das Dichtmittel verhindert, dass zwischen den Rohren und dem Kunststoffkörper Wärmeträgermedium austreten kann. Bevorzugt ist das Dichtmittel ein das Sammelrohr umschließender Ring gefertigt aus einem elastischen Material wie beispielsweise Gummi. Ein derartiges Dichtmittel ist einfach und kostengünstig in unterschiedlichen Ausgestaltungen erhältlich und kann bei der Herstellung der Wärmeleitvorrichtung einfach auf das Sammelrohr aufgesetzt werden. Aber auch andere zweckmäßige Ausführungen, wie ein Dichtband oder ein am Sammelrohr aus- oder angeformter Dichtkragen oder ein Dichtring sind denkbar.
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Bei einer erfindungsgemäßen Wärmeleitvorrichtung weist jedes Sammelrohr bevorzugt wenigstens eine Öffnung auf. Somit kann gewährleistet werden, dass der Hohlraum möglichst gleichmäßig von dem Wärmeträgermedium durchspült wird. Außerdem schafft die wenigstens eine Öffnung ein Mittel zur raschen Zu- und Ableitung des Wärmeträgermediums. Die Querschnitte der Öffnungen können variieren, um einen positions- und druckabhängig angepassten Strömungsquerschnitt zu erreichen, welcher für eine gleichmäßige Verteilung des Wärmeträgermediums über die Absorberfläche sorgt.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
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1 eine erfindungsgemäße Wärmeleitvorrichtung,
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2 eine Detailansicht eines Sammelrohrs der in 1 gezeigten Wärmeleitvorrichtung,
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3 ein Vorformling mit zwei in diesem angeordneten Sammelrohren,
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4 ein Vorformling, der durch zwei in diesem angeordnete Sammelrohre gespreizt wird,
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5 ein durch zwei Sammelrohre gespreizter Vorformling, der durch einen Luftstrom L, der über die beiden Sammelrohre in den Vorformling geleitet wird, aufgeblasen wird, und
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6 ein gespreizter Vorformling zwischen zwei zusammenfahrenden Hälften eines Blasformwerkzeugs.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Wärmeleitvorrichtung 10 zur Durchströmung eines Wärmeträgermediums für einen flächigen Absorber eines solarthermischen Kollektors, die ein erstes Sammelrohr 11 zur Zuleitung des Wärmeträgermediums und ein zweites Sammelrohr 12 zur Ableitung des Wärmeträgermediums umfasst, wobei die Sammelrohre 11, 12 jeweils wenigstens eine in dieser Darstellung nicht gezeigte seitliche Öffnung aufweisen, über die sie mit einem ebenfalls nicht gezeigten Hohlraum verbunden sind. Dieser Hohlraum ist in einem einstückigen Kunststoffkörper 14 ausgebildet, in den die beiden Sammelrohre 11, 12 eingefasst sind.
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2 zeigt eine Seitenansicht eines Sammelrohrs 11, 12 einer erfindungsgemäßen Wärmeleitvorrichtung. Das Sammelrohr 11, 12 weist zwei seitliche Öffnungen 16 auf. Die seitlichen Öffnungen 16 sind vorliegend jeweils als Langloch ausgebildet. Denkbar ist aber auch jede andere Ausgestaltung, die ein gleichmäßiges und rasches Ein- bzw. Ausströmen eines Wärmeträgermediums aus bzw. in das Sammelrohr ermöglicht.
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Ober- und unterhalb jeder seitlichen Öffnung 16 ist jeweils ein Dichtmittel 17 angeordnet. Das Dichtmittel 17 ist in der dargestellten Ausführungsform als ein das Sammelrohr 11, 12 umschließender O-Ring ausgebildet. Der Ring ist bevorzugt aus einem elastischen Material wie zum Beispiel Gummi gefertigt und kann bei der Herstellung einer erfindungsgemäßen Wärmeleitvorrichtung vor dem Einbringen des Sammelrohrs in den Vorformling über das Sammelrohr 11, 12 geschoben und anschließend in die gewünschte Position gebracht werden. Durch die Dichtmittel 17 wird verhindert, dass später im Gebrauch der erfindungsgemäßen Wärmeleitvorrichtung Wärmeträgermedium zwischen den Sammelrohren 11, 12 und dem Kunststoffkörper 14 austritt. Dementsprechend ist insbesondere eine Anordnung der Dichtmittel 17 an den beiden Enden der Sammelrohre sinnvoll.
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Die 3 bis 6 zeigen anhand verschiedener Darstellungen schematisch den Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Wärmeleitvorrichtung durch Blasformen.
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3 zeigt einen mit 20 bezeichneten Vorformling mit zwei in diesem angeordneten Sammelrohren 11, 12, die von unten in den Vorformling eingesetzt werden, um den Vorformling seitlich zu spreizen.
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Der Vorformling 20 ist schlauchartig ausgebildet. Er besteht aus einem thermoplastischen Kunststoff, der in einem Extruder geschmolzen wurde und der in dem gezeigten Zustand verformbar ist. Aus dem Vorformling 20 kann mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Blasformverfahrens ein einstückiger Kunststoffkörper 14 einer erfindungsgemäßen Wärmeleitvorrichtung ausgebildet werden.
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4 zeigt einen Vorformling 20, bevor dieser durch zwei in diesem angeordneten Sammelrohre 11, 12 gespreizt wird. Man erkennt, dass an den beiden Sammelrohren 11, 12 jeweils am oberen Ende und im unteren Bereich zwei Klemmen 15 angesetzt sind.
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Der Vorformling 20 kann gespreizt werden, indem die beiden Sammelrohre 11, 12 seitlich in einer Ebene auseinander gezogen oder gefahren werden. Hierzu können die beiden Sammelrohre 11, 12 an ihren jeweiligen Klemmen 15 gefasst und bewegt werden. Denkbar sind aber auch andere zweckmäßige Ausgestaltungen, die dazu geeignet sind ein gleichmäßiges Auseinanderfahren der beiden Sammelrohre 11, 12 zu bewirken.
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5 zeigt den Vorformling 20 von 4, der durch die zwei in diesem angeordneten Sammelrohre 11, 12 gespreizt wurde, wobei die Sammelrohre 11, 12 in dem Vorformling 20 bleiben.
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Der Vorformling 20 ist zwischen den Hälften eines Blasformwerkzeuges 30, 31 angeordnet. Die beiden Hälften 30, 31 des Formwerkzeuges werden auf eine definierte Distanz zusammen gefahren. Auf der dem Vorformling 20 zugewandten Seite der beiden Formwerkzeughälften 30, 31 ist jeweils eine Einformung ausgebildet, die der Form des herzustellenden Hohlkörpers entspricht. Nach dem Zusammenfahren der beiden Formwerkzeughälften 30, 31 wird Luft in den Vorformling eingeblasen. Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren geschieht dies durch Einblasen der Luft über die seitlich in dem gespreizten Vorformling 20 angeordneten und einseitig verschlossenen Sammelrohre 11, 12.
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6 zeigt eine Detailansicht des in 5 dargestellten, zwischen zwei Sammelrohren 11, 12 gespreizten Vorformlings 20 beim Aufblasen. Der Übersichtlichkeit halber sind im Unterschied zu 5 die Teile des Blasformwerkzeugs hier nicht dargestellt. Man erkennt, dass der Vorformling aufgeblasen wird, indem ein Luftstrom L in die Sammelrohre 11, 12 eingeleitet wird, der an den beiden Sammelrohren 11, 12 jeweils über wenigstens eine nicht dargestellte seitliche Öffnung austritt. Durch das Einblasen des Luftstroms L kann der Vorformling in die beiden Hälften des zusammenfahrenden formgebenden Blasformwerkzeugs eingeblasen und der Kunststoffkörper 14 zu dem Hohlprofil ausgebildet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Wärmeleitvorrichtung
- 11
- Sammelrohr
- 12
- Sammelrohr
- 13
- Hohlraum
- 14
- Kunststoffkörper
- 15
- Klemme
- 16
- Öffnung
- 17
- Dichtmittel
- 20
- Vorformling
- 30
- erste Hälfte des Formwerkzeugs
- 31
- zweite Hälfte des Formwerkzeugs