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Die
Erfindung betrifft zum einen ein Verfahren zum Herstellen eines
Solarmoduls mit Solarzellen und mit einer Kühleinrichtung
zum Kühlen des Solarmoduls und/oder der Solarzellen, bei
welchem ein Blech der Kühleinrichtung mit Kühlrippen
versehen wird. Zum anderen betrifft die Erfindung ein Solarmodul
mit Solarzellen und mit Kühlrippen.
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Verfahren
zum Herstellen und insbesondere Solarmodule mit Solarzellen, welche
durch eine Kühleinrichtung aus Kühlrippen gekühlt
werden, sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt. Mittels der
Solarzellen der Solarmodule kann Sonnenlicht in elektrische Energie
umwandelt werden. Diese Technologie ist vielfältig etabliert
und wird erfolgreich bereits verbreitet eingesetzt. Da die Solarzellen
nur bei Tageslicht und insbesondere bei direkter Sonneneinstrahlung
sehr gut verwendet werden können, ist es besonders wichtig,
die Solarzellen in dieser Zeit optimal nutzen zu können.
Aber gerade bei der direkten Sonneneinstrahlung werden die Solarmodule
und die hierin integrierten Solarzellen thermisch am größten belastet,
was sich wiederum negativ auf den Wirkungsgrad der Solarmodule und
der Solarzellen auswirkt. Der Wirkungsgrad der Solarzellen nimmt
mit zunehmender Temperatur ab. Beispielsweise resultiert aus einer
Temperaturerhöhung um 10 K eine Verschlechterung des Wirkungsgrades
einer Solarzelle um bis zu 4%.
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Deshalb
wird bei heute üblichen Solarmodulen ein Wärmeüberschuss
meist über freie Konvektion an der Oberfläche
von geeigneten Kühleinrichtungen an die Umgebung abgeleitet.
Oftmals werden Kühleinrichtungen zur Erhöhung
der zur Verfügung stehenden Kühlfläche
mit Kühlrippen ausgestattet. Hierbei kommen in der Regel
glatte, senkrecht zum Solarmodul verlaufende Kühlrippen
zum Einsatz, die fast immer an der Rückseite des Solarmoduls
angeordnet sind.
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So
ist beispielsweise aus der Offenlegungsschrift
DE 197 47 325 A1 ein Solarzellenmodul
mit integrierter Kühlung von Solarzellen bekannt, bei welchem
an einer Rückseite einer Solarmoduldeckplatte, auf welcher
Solarzellen angeordnet sind, lotrecht Lamellen als Kühlrippen
abstehen. Die Kühlrippen können von einem flüssigen
Kühlmittel umströmt werden, welches überschüssige
Wärme aus den Kühlrippen aufnehmen kann. Hierdurch
werden die Solarzellen gekühlt, so dass deren Wirkungsgrad durch Überhitzung
nicht negativ beeinträchtigt wird.
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Auch
bei dem Solarzellenmodul aus der Offenlegungsschrift
DE 38 31 631 A1 werden Solarzellen
mittels einer Kühleinrichtung gekühlt, welche Kühlrippen
in Form von Trennwänden für Raumteile aufweist,
die mit einem Kühlmittel gefüllt sind. Hierdurch
lässt sich die Wärmeenergie, welche von den Kühlrippen
abgegeben wurde, sogar mittels des Kühlmittels speichern.
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Ein
weiteres Solarzellenmodul ist in der Patentschrift
US 4,149,903 beschrieben. Auch hier
sind Kühlrippen vorhanden, die L-förmig ausgebildet und direkt
an den Solarzellen befestigt sind, wobei Schenkel lotrecht von den
Solarzellen abstehen. Diese abstehenden Schenkel ragen in einen
Luftkanal hinein, in welchem mittels eines Gebläses ein
Luftstrom erzeugt wird, der die lotrecht abstehenden Schenkel umströmen
kann. Hierdurch kann Wärmeenergie von den Schenkeln optimal
an den Luftstrom abgegeben werden. Mittels der vorstehend beschriebenen
Schenkel kann überschüssige Wärmeenergie von
erhitzten Solarzellen bzw. von Solarmodulen an die Umgebung abgegeben
werden.
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Aufgabe
vorliegender Erfindung ist es, gattungsgemäße
Solarmodule und insbesondere deren Kühleinrichtungen weiterzuentwickeln,
so dass die Solarmodule einerseits konstruktiv einfacher aufgebaut
und andererseits die Kühleinrichtungen effektiver gestaltet
sind.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird von einem Verfahren zum Herstellen eines
Solarmoduls mit Solarzellen und mit einer Kühleinrichtung
zum Kühlen des Solarmoduls und/oder der Solarzellen gelöst,
bei welchem ein Blech der Kühleinrichtung mit Kühlrippen
versehen wird, und bei welchem die Kühlrippen aus dem Blech
gefaltet werden.
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Vorteilhafter
Weise können die Kühlrippen der Kühleinrichtung
an einem Solarmodul besonders schnell und einfach hergestellt werden,
wenn die Kühlrippen durch Falten eines Bleches hergestellt werden.
Insbesondere wenn zum Falten der Kühlrippen direkt ein
Blech der Kühleinrichtung verwendet wird, können
die Kühlrippen besonders effektiv hergestellt werden.
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Der
Begriff „Kühleinrichtung" beschreibt jegliche
Einrichtung, mittels welcher Wärmeenergie von dem Solarmodul
und/oder von einer Solarzelle an die Umgebung abgegeben werden kann.
In einem besonders einfachen Fall kann die Kühleinrichtung
unmittelbar von einem Gehäuse des Solarmoduls oder von
einem Gehäuse einer Solarzelle gebildet sein, sodass das
Blech der Kühlrippen ein Gehäuse des Solarmoduls
oder der Solarzellen bildet.
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Es
versteht sich, dass insbesondere die Kühlrippen der Kühleinrichtung
von verschiedenen Kühlmedien umströmt werden können.
In einem einfachen Fall kann das Kühlmedium aus Umgebungsluft
bestehen.
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Mit
dem Begriff „Falten" wird ein Bearbeitungsverfahren beschrieben,
bei welchem vorzugsweise ein Blech, wie beispielsweise ein Aluminiumblech,
mehrfach gebogen wird, so dass aus einem in etwa ebenen zweidimensionalen
Blech ein im Wesentlichen dreidimensionales Gebilde entsteht. Vorliegend
wird ein Blech derart mehrfach gebogen, dass mittels des Blechs
Erhebungen ausgebildet sind, die dadurch entstehen, dass die Blechbereiche in
etwa parallel zueinander verlaufen. Diese Blechbereiche können
vorteilhafter Weise als Kühlrippen verwendet werden.
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In
diesem Zusammenhang wird die Aufgabe der Erfindung auch von einem
Solarmodul mit Solarzellen und mit Kühlrippen gelöst,
bei welchem die Kühlrippen doppelwandig ausgebildet sind.
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Vorteilhafter
Weise erhöht sich die Kühlrippenfläche
einer Kühlrippe, wenn sie doppelwandig ausgebildet ist,
so dass Wärmeenergie effektiver von einer Kühlrippe
an die Umgebung abgegeben werden kann. Besonders einfach lassen
sich derartig ausgebildete Bleche bereitstellen, wenn sie aus gerafften
Blechen bestehen.
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Eine
bevorzugte Verfahrensvariante sieht vor, dass die an der Kühleinrichtung
vorgesehenen und gefalteten Kühlrippen aus einer Montageposition heraus
in eine Betriebsposition hinein bewegt werden. Befinden sich die
Kühlrippen zuerst in einer Montageposition, können
die Kühlrippen aufweisende Bleche wesentlich besser gehandhabt
werden. Erst wenn es erforder lich erscheint, können die
Kühlrippen an den Blechen in die Betriebsposition bewegt werden.
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Wenn
die gefalteten Kühlrippen gegenüber der Kühleinrichtung,
insbesondere gegenüber einem Blech der Kühleinrichtung,
vor einer Montage der Kühleinrichtung in eine Montageposition
ausgerichtet werden, können insbesondere Bleche beispielsweise sehr
flach gebaut werden. Dies hat wesentliche Vorteile bei einer Logistik,
da die Bleche weniger Platz erfordern.
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Eine
weitere bevorzugte Verfahrensvariante sieht vor, dass die gefalteten
Kühlrippen gegenüber der Kühleinrichtung,
insbesondere gegenüber einem Blech der Kühleinrichtung,
während und/oder nach einer Montage der Kühleinrichtung
in eine Betriebsposition ausgerichtet werden. Erst wenn die Kühlrippen
vor ihrer Verwendung stehen, werden sie vorteilhafter Weise erst
in eine geeignete Betriebsposition überführt.
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Es
versteht sich, dass die Kühlrippen vielfältig
in geeigneter Weise ausgerichtet sein können. Besonders
vorteilhaft ist es jedoch, wenn die gefalteten Kühlrippen
gegenüber der Kühleinrichtung, insbesondere gegenüber
einem Blech der Kühleinrichtung, aus einer in etwa horizontal
verlaufenden Montageposition heraus in eine in etwa vertikal verlaufenden
Betriebsposition hinein bewegt werden. Verlaufen die Kühlrippen
zuerst horizontal gegenüber dem Blech, kann das Blech insbesondere
einer Kühleinrichtung besonders flach und damit platzsparend
gebaut werden. Sind die Kühlrippen in einer Betriebsposition
in etwa vertikal gegenüber dem Blech insbesondere der Kühleinrichtung
ausgerichtet, können sie besonders gut Wärmeenergie
an die Umgebung abgeben.
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Verfahrenstechnisch
gestaltet sich die Herstellung des Solarmoduls besonders einfach,
wenn die gefalteten Kühlrippen und das Blech aus einem gemeinsamen
Blech hergestellt werden.
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Dementsprechend
sieht eine vorteilhafte Ausführungsvariante vor, dass die
Kühlrippen einstückig mit einem Blech der Kühleinrichtung
ausgebildet sind. Hierdurch brauchen zur Herstellung der Kühlrippen
an dem Blech keine Fügetechniken eingesetzt zu werden,
was die Herstellung insbesondere eines Solarmoduls wesentlich erleichtert.
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Dem
gefalteten Blech wohnt bereits eine gute Stabilität inne.
Diese kann jedoch noch weiter erhöht werden, wenn in das
Blech, insbesondere in die gefalteten Kühlrippen, Sicken
eingestanzt werden. Zudem werden hierdurch auch die Kühlrippen gestärkt.
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Wird
das Blech, insbesondere die gefalteten Kühlrippen, mittels
Querbändern versteift, können insbesondere die
Kühlrippen weiter vorteilhaft verstärkt werden.
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Das
hier beschriebene Blech eines Solarmoduls oder einer Kühleinrichtung
eines Solarmoduls kann auf unterschiedliche Solarmodulgrößen
bzw. Kühleinrichtungsgrößen schnell angepasst
bzw. zugeschnitten werden, wenn das Blech gemeinsam mit den daran
angeordneten Kühlrippen konfektioniert wird. Ein solches
maßgenaues Konfektionieren eines Bleches kann besonders
vorteilhaft vorgenommen werden, wenn die Kühlrippen im
Wesentlichen noch parallel zu dem Blech verlaufen, also wenn sie
noch in einer Montageposition ausgerichtet sind.
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Eine
vorteilhafte Ausführungsvariante der doppelwandigen Kühlrippen
sieht vor, dass eine erste Wandung der Kühlrippen und eine
zweite Wandung der Kühlrippen voneinander mit einem Abstand von
weniger als 40 mm, vorzugsweise von weniger als 20 mm, beabstandet
angeordnet sind. Liegen die beiden Wandungen einer doppelwandigen
Kühlrippe derart dicht nebeneinander, können die
Kühlrippen sehr schmal gebaut werden.
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Sind
die Wandungen einer doppelwandigen Kühlrippe jedoch beabstandet
zueinander angeordnet, können die Wandungen der Kühlrippe
beidseitig von Luft umströmt werden, wodurch sich die Wärmeabgabeleistung
der Kühlrippe vorteilhaft erhöhen kann. Beispielsweise
können die erforderlichen Kühlrippen kleiner gestaltet
werden.
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Eine
bevorzugte Ausführungsvariante sieht vor, dass eine erste
Wandung der Kühlrippe und eine zweite Wandung der Kühlrippe
einen Wandungsabstand zueinander aufweisen, der geringer ist als
ein Kühlrippenabstand zweier unmittelbar benachbarter Kühlrippen.
Hierdurch ist gewährleistet, dass immer genügend
Abstand zwischen zwei unmittelbar benachbarten Kühlrippen
vorhanden ist.
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Das
Blech und die daran vorgesehenen Kühlrippen können
einem Solarmodul oder einer diesbezüglichen Kühleinrichtung
bereits eine ausreichende Stabilität verleihen, wenn das
Blech eine Blechdicke von weniger als 1 mm, vorzugsweise von weniger
0,5 mm, aufweist.
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Eine
dementsprechend vorteilhafte Ausführungsvariante sieht
vor, dass die Kühlrippen eine Dicke von weniger als 2 mm,
vorzugsweise eine Dicke von weniger als 1 mm, aufweisen. Beträgt
die Blechdicke eines Bleches beispielsweise weniger als 0,5 mm,
ist klar, dass eine hieraus gefaltete Kühlrippe eine Dicke
von ca. 1 mm aufweist, da die beiden Wandungen der gefalteten Kühlrippe
aus dem 0,5 mm dicken Blech bestehen.
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Eine
sehr leichte Ausführungsvariante sieht vor, dass das Blech
eine Blechdicke von 0,1 mm aufweist. Hierdurch lassen sich besonders
filigrane Solarmodule herstellen.
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Haben
die Kühlrippen eine Dicke zwischen 0,05 mm und 0,5 mm,
vorzugsweise von 0,1 mm oder 0,2 mm, kann eine besonders effektive
Wärmeabgabe an die umgebende Luft erzielt werden.
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Eine
derzeit bevorzugte Ausführungsvariante sieht eine Blechdicke
von 0,1 mm und eine Kühlrippendicke von 0,2 mm vor.
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Es
versteht sich, dass aber je nach Einsatzgebiet und Solarmodulgröße
auch andere Blechdicken und Kühlrippendicken vorgesehen
werden können.
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Weitere
Vorteile, Ziele und Eigenschaften vorliegender Erfindung werden
anhand nachfolgender Beschreibung anliegender Zeichnung erläutert,
in welcher einerseits schematisch ein Blech mit Kühlrippen
und andererseits ein Solarmodul in Zusammenhang mit dem daran anzuordnenden
Blech dargestellt sind.
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Es
zeigt
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1 schematisch
eine Seitenansicht eines gefalteten Bleches mit entsprechend gefalteten
und in einer Montageposition ausgerichteten Kühlrippen,
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2 schematisch
einen Querschnitt eines Solarmoduls und des Bleches aus der 1 in
einer ersten Verbindungsvariante,
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3 schematisch
einen Querschnitt des Solarmoduls und des Bleches aus den 1 und 2 in
einer zweiten Verbindungsvariante,
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4 schematisch
einen Querschnitt des Solarmoduls und des daran befestigten Bleches
mit den in der Montageposition ausgerichteten Kühlrippen
und
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5 schematisch
einen Querschnitt des Solarmoduls und des daran befestigten Bleches
mit den in einer Betriebsposition ausgerichteten Kühlrippen.
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6 Wirtschaftlichkeit
einer Berippung in Abhängigkeit der Dicke des Blechs für
einen bevorzugten Rippenstand.
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Das
in der 1 gezeigte Blech 1 weist eine Vielzahl
an doppelwandigen und gefalteten Kühlrippen 2 (hier
nur exemplarisch beziffert) auf, die jeweils in einer Montageposition 3 gegenüber
dem Blech 1 ausgerichtet sind. Die Montageposition 3 zeichnet sich
in diesem Ausführungsbeispiel dadurch aus, dass die gefalteten
Kühlrippen 2 in etwa parallel zu den ebenen Bereichen 4 (hier
nur exemplarisch beziffert) des Bleches 1 verlaufen. Das
bedeutet, dass die gefalteten Kühlrippen 2 vorliegend
horizontal gegenüber dem Blech 1, insbesondere
gegenüber den ebenen Bereichen 4 des Bleches 1 angeordnet
sind. Vorteilhafter Weise ist das Blech 1 hierdurch sehr flach
ausgebildet, so dass es nur wenig Platz benötigt. Darüber
hinaus kann es leicht bearbeitet werden, beispielsweise wenn es
für die weitere Verwendung konfektioniert werden muss.
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Da
die gefalteten Kühlrippen 2 direkt aus dem Blech 1 gefaltet
sind, weisen sie eine erste Wandung 5 und eine zweite Wandung 6 auf,
die parallel und durch einen Wandungsabstand 7 beabstandet zueinander
angeordnet sind.
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Die
Materialdicke des Bleches 1 beträgt vorliegend
0,1 mm, so dass die Kühlrippendicke der gefalteten Kühlrippen 2 in
etwa 0,2 mm beträgt. Dies hängt auch davon ab,
mit welchem Wandungsabstand 7 die beiden Wandungen 5 und 6 der
gefalteten Kühlrippen 2 beabstandet sind. Ist
der Wandungsabstand 7 ausreichend groß gewählt,
kann Umgebungsluft in diesem Wandungsabstand 7 vorteilhafter Weise
für eine zusätzliche Wärmeenergieabgabe
an den gefalteten Kühlrippen 2 sorgen.
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Zum
Befestigen des Bleches 1, das als eine Kühleinrichtung 8 (siehe 2)
ausgebildet ist, an ein Solarmodul 9 einerseits und als
Blech 1 des Solarmoduls 9 andererseits kann in
einer ersten Verbindungsvariante an einer dem Solarmodul 9 zugewandten
Unterseite 10 der Kühleinrichtung 8 bzw. des
Bleches 1 eine geeignete Klebstoffschicht 11 aufgetragen
sein. Die Kühleinrichtung 8 bildet vorliegend
gleichzeitig ein hier nicht näher beziffertes und nicht
näher gezeigtes Gehäuse des Solarmoduls 9.
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An
dem Solarmodul 9 ist eine Deckfolie 12 befestigt,
die eine besonders vorteilhafte Verbindung zwischen dem Blech 1 bzw.
der Klebstoffschicht 11 und dem Solarmodul 9 gewährleistet.
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Bei
einer in der 3 gezeigten weiteren Verbindungsvariante
ist die Klebstoffschicht 11 vor dem Verbinden des Bleches 1 und
dem Solarmodul 9 nicht an der Unterseite 10 des
Bleches 1 vorgesehen, sondern bildet gemeinsam mit der
Deckfolie 12 einen Verbindungsverbund 13 an dem
Solarmodul 9.
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Egal
welche Verbindungsvariante gewählt wird, sobald das Blech 1 mit
dem Solarmodul 9 verklebt ist (siehe 4),
bilden die Klebstoffschicht 11 und die Deckfolie 12 zwischen
dem Blech 1 und dem Solarmodul 9 eine untrennbare
Verbindungsschicht 14, welche einen besonders guten Wärmeenergieübergang
insbesondere von dem Solarmodul 9 auf die Kühleinrichtung 8 dauerhaft
gewährleistet.
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Erst
wenn das Blech 1 an das Solarmodul 9 derart betriebssicher
angeklebt ist, werden die gefalteten Kühlrippen 2 aus
ihre jeweiligen Montageposition 3 heraus und in eine Betriebsposition 15 hinein bewegt.
Die Betriebsposition 15 zeichnet sich in diesem Ausführungsbeispiel
dadurch aus, dass die gefalteten Kühlrippen 2 in
etwa lotrecht zu den ebenen Bereichen 4 angeordnet sind.
Hierdurch sind die gefalteten Kühlrippen 2 in
etwa vertikal gegenüber der Kühleinrichtung 8 bzw.
dem Solarmodul 9 ausgerichtet. Dies ermöglicht
eine besonders gute Wärmeenergieabgabe an die Umgebung 16.
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Die
einzelnen Kühlrippen 2 sind in einem Kühlrippenabstand 17 (siehe 5)
voneinander beabstandet an der Kühleinrichtung 8 des
Solarmoduls 9 angeordnet. Dieser Kühlrippenabstand 17 ist
wesentlich größer gewählt als der zuvor
beschriebene Wandungsabstand 7 der beiden Wandungen 5 und 6 der
hier ausgebildeten Kühlrippen 2, so dass eine ausreichend
gute Konvektion zwischen den gefalteten Kühlrippen 2 und
der Umgebungsluft gewährleistet ist.
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6 zeigt
einen Verlauf der Wirtschaftlichkeit einer Berippung in Abhängigkeit
der Dicke des Blechs für einen bevorzugten Rippenabstand.
In diese Berechnung der Wirtschaftlichkeit gehen beispielsweise
Faktoren wie der Wärmeübergang an berippten Flächen
oder handelsübliche Preise für das Rippenmaterial
ein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19747325
A1 [0004]
- - DE 3831631 A1 [0005]
- - US 4149903 [0006]