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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Herstellung eines plattenförmigen
Strahlungsabsorbers und einen plattenförmigen Strahlungsabsorber dazu nach
dem Oberbegriff der Ansprüche
1 bzw. 6.
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Aus der Praxis sind die unterschiedlichsten plattenförmigen Strahlungsabsorber
als Sonnenkollektoren zur Nutzung von Sonnenenergie bekannt. Im
Wesentlichen wird dabei ein Absorberblech mit einer Mehrzahl von
gesondert gefertigten Rohren zur Aufnahme des Speichermediums versehen,
die ihrerseits an Sammelrohre (Zu-, Ablauf) angeschlossen sind.
Die Herstellung derselben ist aufwendig und materialintensiv. Des
Weiteren ist bei derart gefertigten Strahlungsabsorbern ein ungenügender Wirkungsgrad
hinsichtlich der Energieübertragung auf
das Speichermedium zu verzeichnen.
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Um diesem Missstand zu begegnen,
wird mit der
DE 31
10 064 A1 ein Verfahren zur Herstellung einer Absorberplatte
für Sonnenkollektoren
offenbart, welches im Wesentlichen vorsieht, aus einer Tafel mehrere
Rohre durch Pressen auszuformen und die beiden in Längsrichtung
des jeweiligen Rohres verlaufenden korrespondierenden Kanten dicht,
insbesondere durch Löten,
zu verbinden. Sicherlich resultieren aus dieser Maßnahme gewisse
Zeit- und Materialersparnisse sowie Verbesserungen im Hinblick auf
den Wirkungsgrad der Absorberplatte. Jedoch blieb in dieser Druckschrift
unbeachtet, wie die einzelnen längsverlaufenden
Rohre (Absorberrohre) an besagte Sammelrohre (Zu-, Ablauf) angebunden sind
bzw. wie diese Anbindung realisierbar ist. Es ist zu schließen, dass
die Sammelrohre nach wie vor gesondert gefertigte Rohre sind, die
aufwendig mit den einzelnen ausgebildeten Absorberrohren verbunden werden.
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Hier setzt die nachfolgend beschriebene
Erfindung an.
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Aufgabe der Erfindung ist es, das
eingangs beschriebene Verfahren, betreffend die Herstellung eines
plattenförmigen
Strahlungsabsorbers, unter Beachtung der erforderlichen Anbindung
der Absorberrohre an Sammelrohre derart zu verbessern, dass maßgebliche
Einsparungen an Material und Arbeitszeit zu verzeichnen sind. Aufgabe
der Erfindung ist es weiterhin, einen plattenförmigen Strahlungsabsorber anzugeben,
der einfach in der Herstellung und kostengünstig ist sowie obendrein einen
verbesserten Wirkungsgrad aufweist.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe in Verbindung
mit den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass
ein Metallblech oder eine Metallfolie zunächst in einem oder mehreren Umformschritten
sowohl mit einer Absorberkanalstruktur als auch einer Sammelkanalstruktur
versehen werden und Metallblech oder Metallfolie im Anschluß daran
wenigstens zwei Bereiche aufweisen, die durch Umklappen des einen
Bereiches auf den anderen Bereich derart partiell oder vollständig aufeinander
zum liegen kommen, dass zur Realisierung von im Querschnitt geschlossenen
Absorber- und Sammelkanälen
noch offene Querschnitte der erstellten Absorber- und/oder Sammelkanalstruktur verschlossen
werden.
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Es kann dabei sowohl eine Absorberkanalstruktur
für eine
Mehrzahl von parallel oder nahezu parallel zueinander angeordneten
Absorberkanälen geschaffen
werden, wobei die Absorberkanäle
einerends in einen gemeinsamen Sammelkanal in Form eines Zulaufes
und anderenends in einen gemeinsamen Sammelkanal in Form eines Ablaufes
münden als
auch eine Absorberkanalstruktur, die einen oder mehrere mäanderförmig ausgebildete
Absorberkanäle
umfasst, wobei die Absorberkanäle
einerends jeweils in einen eigenen oder gemeinsamen Sammelkanal
in Form eines Zulaufes und anderenends in einen eigenen oder gemeinsamen
Sammelkanal in Form eines Ablaufes übergehen respektive münden.
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Die Flüssigkeits- und/oder Gasdichtheit
der ausgeformten Absorber- und Sammelkanäle wird vorzugsweise vermittels
Fügeverfahren,
wie Schweißen,
Löten und/oder
Kleben realisiert.
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Als erfindungsgemäß wird des Weiteren angesehen,
dass die Wandungen der Absorber- und/oder Sammelkanäle ebenmäßig oder
strukturiert ausgebildet werden, wobei im Fügebereich der Absorber- und/oder
Sammelkanäle
ein oder mehrere in dieselben hineinreichende Metallstrukturen fixiert werden
können.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass
als Metallblech oder Metallfolie eine bereits zugeschnittene Platine
verwendet wird oder das Metallblech oder die Metallfolie durch ein
Metallband oder ein abgewickeltes Coil gebildet wird, welches entsprechend
zugeschnitten wird.
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Ferner können sowohl beschichtete als
auch unbeschichtete Metallbleche oder Metallfolien verwendet werden,
wobei sich als Beschichtungsverfahren Plasma- und/oder galvanische Beschichtungsverfahren
und/oder herkömmliche
Lackierverfahren besonders anbieten.
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Wie die Erfindung weiter vorsieht,
wird die in das Metallblech oder die Metallfolie einzubringende Absorber-
und Sammelkanalstruktur nach einem Tiefziehverfahren und/oder Hydroformingverfahren und/oder
Walzverfahren und/oder Rollbiegeverfahren und/oder vermittels anderer
geeigneter und an sich bekannter Umformverfahren realisiert.
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Die Umformung des Metallbleches oder
der Metallfolie kann dabei derart erfolgen, dass die Verbindungsstege
zwischen den ausgeformten Absorber- und Sammelkanälen ausgedünnt werden,
wobei die dünnsten
Bereiche sich in der Stegmitte befinden und die Absorber- und Sammelkanäle die ursprüngliche
Materialstärke
des Metallbleches oder der Metallfolie nahezu beibehalten.
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Des Weiteren ist vorgesehen, dass
der geklappte Bereich des Metallbleches oder der Metallfolie verlängert ausgebildet
und diese Verlängerung
in Form eines Abdeckbleches in einem bestimmten Winkel „α" zur Normalebene
des Strahlungsabsorbers abgewinkelt wird.
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Das Abdeckblech kann fernerhin mit
seiner rückwärtigen Fläche an die
darunterliegende Absorber- und/oder Sammelkanalstruktur angelegt
oder mit dieser fest verbunden werden.
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Schließlich wird vorgeschlagen, dass
der Strahlungsabsorber mit Befestigungselementen und/oder -bereichen,
wie Stecklaschen, Klemmformen, Löchern,
Sicken u. ä.
sowie weiteren Löchern
o. a. 3D-Formen als Mess- und Arretierungspunkte respektive -bereiche
für weiterführende Herstellungs-, Lager-,
Transport- und/oder Montageprozesse versehen wird.
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Der plattenförmige Strahlungsabsorber zeichnet
sich in Verbindung mit den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs
6 dadurch aus, dass derselbe samt Absorberkanälen und Sammelkanälen einstückig aus
einem einzigen Metallblech oder einer einzigen Matallfolie gefertigt
ist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und
sonstige Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Strahlungsabsorbers sind
den Ansprüchen
7 bis 16 zu entnehmen.
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Als wesentlicher Vorteil im Hinblick
auf den Stand der Technik ist herauszustellen, dass mit geringem
maschinentechnischen Einsatz und vertretbarem Investitionsaufwand
plattenförmige
Strahlungsabsorber gefertigt werden können, die sowohl Absorberkanäle als auch
Sammelkanäle
beinhaltend und in ihrem Wirkungsgrad deutlich über dem herkömmlicher
Strahlungsabsorber liegen.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand
der in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 einen
erfindungsgemäß ausgebildeten
plattenförmigen
Strahlungsabsorber in einer Draufsicht,
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2 das
Metallblech (Ausgangsblech) bzw. die Metallfolie des Strahlungsabsorbers
nach 1 nach einem ersten
Umformschritt mit noch offenen Querschnitten der Absorber- und Sammelkanalstruktur
(Detailansicht),
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3 den
Schnitt I-I nach 1 bzw. 2,
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4 den
Schnitt II-II nach 1,
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5 die
Abwicklung des Schnittes II-II nach 4,
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6 den
Schnitt III-III nach 2 mit
geschlossenen Querschnitten (Variante 1),
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7 den
Schnitt III-III nach 2 mit
geschlossenen Querschnitten (Variante 2).
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Gem. 1 beinhaltet
der plattenförmige Strahlungsabsorber 1 vorliegend
eine Mehrzahl von parallel oder nahezu parallel zueinander angeordneten
Absorberkanälen 2,
die einerends in einen gemeinsamen Sammelkanal 3 in Form eines
Zulaufes und anderenends in einem gemeinsamen Sammelkanal 4 in
Form eines Ablaufes münden.
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Erfindungsgemäß ist der plattenförmige Strahlungsabsorber 1 samt
Absorberkanälen 2 und Sammelkanälen 3, 4 einstückig aus
einem einzigen Metallblech 5 oder einer einzigen Metallfolie
gefertigt und zwar derart, dass besagtes Metallblech 5 oder die
Metallfolie zunächst
in einem oder mehreren Umformschritten sowohl mit einer Absorberkanalstruktur als
auch einer Sammelkanalstruktur versehen werden und das Metallblech 5 oder
die Metallfolie im Anschluß daran
wenigstens zwei Bereiche aufweisen, die durch Umklappen des einen
Bereiches auf den anderen Bereich derart partiell oder vollständig aufeinander
zum liegen kommen, dass zur Realisierung von im Querschnitt geschlossenen
Absorber- und/oder Sammelkanälen 2; 3, 4 noch
offene Querschnitte der erstellten Absorber- und/oder Sammelkanalstruktur
vermittels an sich bekannter Fügeverfahren
verschlossen werden.
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Das Metallblech 5 respektive
die Metallfolie sind entweder durch eine bereits fertig zugeschnittene
Platine gebildet oder werden aus einem Metallband oder aus einem
abgewickelten Coil herausgeschnitten, wobei vorzugsweise zuerst
die Absorber- und Sammelkanalstruktur eingebracht wird und nachfolgend
der exakte Zuschnitt erfolgt.
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Die gewünschte Absorber- und Sammelkanalstruktur
wird vermittels geeigneter und an sich bekannter Umformverfahren
in das Metallblech 5 oder die Metallfolie eingebracht.
Hierfür
bietet sich insbesondere ein an sich bekanntes und demgemäß nicht näher zu beschreibendes
Tiefziehverfahren an, jedoch sind auch an sich bekannte Hydroformingverfahren
und/oder Walzverfahren und/oder Rollbiegeverfahren denkbar.
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Gem. 2,
die lediglich einen Ausschnitt eines äußeren Bereiches des umgeformten
Metallbleches 5 bzw. der Metallfolie näher zeigt, wurde zunächst eine
Absorber- und Sammelkanalstruktur erzeugt, die zum einen parallel
zueinander angeordnete, nahezu im Querschnitt geschlossene Absorberkanäle 2 aufweist,
die ihrerseits in ihren Endbereichen geöffnet ausgebildet sind und
in eine quergerichtete offene Sammelkanalstruktur übergehen.
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Zur Erstellung dieser im Querschnitt
nahezu geschlossenen Absorberkanäle 2 im
Tiefziehverfahren haben sich flexible Dorne bewährt, die ähnlich einem Seil vor oder
während
des Verformungsprozesses in die Absorberkanalstruktur eingelegt
werden und anschließend
in Kanalrichtung wieder entnommen werden können (nicht näher dargestellt).
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3 zeigt
entsprechend geformte Absorberkanäle 2 im Querschnitt,
die ihrerseits vermittels Verbindungsstege 6 zueinander
beabstandet angeordnet sind.
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Im oben angeordneten Längsnahtbereich (Fügebereich 7)
der Absorberkanäle 2 sind
dieselben flüssigkeits-
und/oder luftdicht, je nachdem, welches Wärmeübertragungsmedium (Wasser,
Luft o. a) gewählt
ist, zu fügen,
beispielsweise zu verschweißen, zu
verlöten
und/oder zu verkleben.
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Im Anschluß daran ist gem. 4 der endseitige Bereich
des Metallbleches 5 oder der Metallfolie derart mittels
an sich bekannter und nicht näher dargestellter
Abkantvorrichtungen umzuklappen, dass derselbe auf der noch nach
oben offenen Absorberkanal- und/oder Sammelkanalstruktur zum liegen
kommt, respektive die offenen Querschnitte abdeckt bzw. verschließt. Die
entsprechenden Fügebereiche 7 liegen
zweckmäßigerweise
im Bereich der Verbindungsstege 6.
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Wie für den Fachmann leicht nachvollziehbar ist,
sind vorliegend das Metallblech 5 bzw. die Metallfolie
in drei Bereiche, nämlich
einem mittleren und je einem endseitig angeordneten Bereich aufgeteilt, wobei
die endseitigen Bereiche, wie vorstehend beschrieben, nach innen
umgeklappt werden.
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5 zeigt
zum besseren Verständnis
die Abwicklung des in 4 im
Schnitt dargestellten Bereiches des Metallbleches 5/der
Metallfolie.
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Gem. den 4 und 6 sind
die geklappten Bereiche des Metallbleches 5 bzw. der Metallfolie umgeformt,
d. h., gewölbt
ausgebildet.
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Ebenso ist es auch denkbar, diese
Bereiche plan auszubilden, wie in 7 näher gezeigt.
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Wie insbesondere den 2, 4 und 5 weiter zu entnehmen ist,
kann der geklappte Bereich des Metallbleches 5/der Metallfolie
jeweils derart verlängert
ausgebildet sein, dass ein sogenanntes Abdeckblech 8 ausgebildet
wird, welches in einem bestimmten Winkel „α" zur Normalebene des Strahlungsabsorbers 1 abgewinkelt
wird.
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Infolge dieser Maßnahme ist zum einen eine optische
Verbesserung des Strahlungsabsorbers 1, zum anderen auch
eine Verbesserung der Stabilität desselben
zu verzeichnen, insbesondere dann, wenn der Strahlungsabsorber 1 großflächig baut.
Ferner kann zur Erzielung einer erhöhten Versteifung des Strahlungsabsorbers 1,
aber auch zur weiteren Verbesserung des Wärmeübertrags auf das gewählte Wärmeübertragungsmedium
die rückwärtige Fläche des
Abdeckbleches 8 an die darunterliegende Absorber- und/oder
Sammelkanalstruktur angelegt oder mit dieser fest verbunden, vorzugsweise
verschweißt werden.
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Die Wandungen der Absorber- und/oder Sammelkanäle 2; 3, 4 können sowohl
ebenmäßig als auch
strukturiert ausgebildet werden, beispielsweise durch die Einbringung
von Sicken (nicht näher
dargestellt). Vermittels solcher Strukturen wird die Oberfläche des
Strahlungsabsorbers 1 wesentlich erhöht, so dass auch ein verbesserter
Absorptionsgrad und Wärmeeintrag
in das gewählte
Wärmeübertragungsmedium
erzielbar ist. Des Weiteren ist eine Verwirbelung des Wärmeübertragungsmediums
zu verzeichnen, welches ebenfalls den Wärmeeintrag in besagtes Wärmeübertragungsmedium
vorteilhaft unterstützt.
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Gleichfalls kann es in diesem Zusammenhang
auch angezeigt sein, im Fügebereich 7 der
Absorber- und/oder Sammelkanäle 2; 3, 4 ein
oder mehrere in dieselben hineinreichende Metallstrukturen 9 zu
fixieren.
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3 zeigt
eine solche Anordnung, wobei langgestreckte Metallstrukturen 9,
vorliegend Metallbleche, in die Längsnaht eines Absorberkanals 2 eingebracht
sind und gleichsam in einem Arbeitsschritt sowohl die Flüssigkeits-
und/oder Gasdichtheit des Absorberkanals 2 als auch die
Fixierung der Metallstrukturen 9 durch schweißen, löten oder
kleben realisiert wird.
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In umfangreichen Versuchen haben
sich zur Herstellung des erfindungsgemäßen Strahlungsabsorbers 1 Metallbleche 5 bzw.
Metallfolien aus Stahl, vorzugsweise jedoch aus Nichteisenmetall,
wie Aluminium oder Kupfer, bewährt.
Des Weiteren können diese
unbeschichtet oder beschichtet, d. h., mit einer Konservierungs- und/oder den Absorptionsgrad
erhöhenden
Beschichtung versehen sein, wobei als Beschichtungsverfahren an
sich bekannte Plasma- und/oder galvanische Beschichtungsverfahren und/oder
herkömmliche
Lackierverfahren zur Anwendung kommen können.
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Auch hat es sich als vorteilhaft
erwiesen, den Strahlungsabsorber 1 mit nicht näher dargestellten Befestigungselementen
und/oder -bereichen, wie Stecklaschen, Klemmformen, Löchern, Sicken
u. ä. sowie
weiteren Löchern
o. a. 3D-Formen als Mess- und Arretierungspunkte respektive -bereiche
für weiterführende Herstellungs-,
Lager-, Transport- und/oder Montageprozesse zu versehen, welches gleichfalls
im Rahmen oben beschriebener Umformschritte realisierbar ist.
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Während
vorstehend erwähnter
umfangreicher Versuche wurde fernerhin gefunden, dass es besonders
vorteilhaft ist, wenn die Umformung des Metallbleches 5 bzw.
der Metallfolie derart erfolgt, dass die Verbindungsstege 6 zwischen
den ausgeformten Absorber- und Sammelkanälen 2; 3, 4 ausgedünnt werden
und die Absorber- und Sammelkanäle 2; 3, 4 die
ursprüngliche
Materialstärke
des Metallbleches 5/der Metallfolie nahezu beibehalten.
Dieser Effekt ist insbesondere vermittels eines Tiefziehprozesses
erzielbar, da die Werkzeuge lediglich im Bereich der zu formenden
Absorber- und Sammelkanäle 2; 3, 4 ansetzen
und das erforderliche Material für
die Umformung den Verbindungsstegen 6 entnommen wird. So
wurden beispielsweise bei Verwendung von Metallfolien mit einer
Dicke von 0,3 mm die Verbindungsstege 6 im mittleren Stegbereich
auf ca. 0,2 mm ausgedünnt.
Der annähernde
Erhalt der ursprünglichen
Dicke der Metallfolie gerade im Bereich der Absorber- und Sammelkanäle 2; 3, 4 gewährleistet
u. a. die gewünschte
hohe Wärmeleitung
bezüglich
der auftreffenden Wärme-/Sonnenstrahlung
respektive die effektive Wärmeübertragung
auf das gewählte
Wärmeübertragungsmedium.
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Vorstehend näher beschriebenes Ausführungsbeipiel
stellt auf einen Strahlungsabsorber 1 mit einer Mehrzahl
von parallel oder nahezu parallel zueinander angeordneten Absorberkanälen 2 ab,
die ihrerseits an Sammelkanäle 3, 4 anschließen, wobei drei
Bereiche des Strahlungsabsorbers 1 und zwar ein mittlerer
und zwei äußere Bereiche
vorgesehen sind und wobei die beiden äußeren Bereiche durch umklappen
auf den mittleren noch offene Querschnitte verschließen.
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Weitere Ausführungen der Absorber- und Sammelkanalstruktur
des Strahlungsabsorbers 1 sind nahezu unbegrenzt möglich.
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Denkbar ist es demgemäß und wird
durch die Erfindung selbstverständlich
mit erfaßt,
eine Absorberkanalstruktur zu schaffen, die einen oder mehrere mäanderförmig ausgebildete
Absorberkanäle 2 umfaßt, wobei
die Absorberkanäle 2 einerends
jeweils in einen eigenen oder gemeinsamen Sammelkanal 3 in
Form eines Zulaufes und anderenends in einen eigenen oder gemeinsamen
Sammelkanal 4 in Form eines Ablaufes übergehen respektive münden (nicht
näher dargestellt).
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Als zweckmäßig bietet es sich in diesem
Fall an, das Metallblech 5 respektive die Metallfolie beispielsweise
mit zwei Bereichen auszubilden, wobei der eine Bereich derart umgeklappt
wird, dass beide Bereiche vollständig
aufeinander zum liegen kommen. Hierbei können beide Bereiche mit korrespondierenden
Wölbungen
zur Realisierung der Absorber- und Sammelkanäle 2; 3, 4 ausgeführt werden, ebenso
kann lediglich ein Bereich besagte Wölbungen aufweisen und der zweite
Bereich plan ausgebildet sein.
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Nach vorstehendem Verfahren können demgemäß, wie leicht
nachzuvollziehen ist, plattenförmige
Strahlungsabsorber 1 gefertigt werden, die eine Absorber-
und/oder Sammelkanalstruktur auf der „besonnten" und/oder „nichtbesonnten" Seite desselben
aufweisen.
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Die Anschlüsse an benachbarte Strahlungsabsorber 1 und/oder
an ein nicht näher
dargestelltes Wärmesystem
an sich werden vermittels an sich bekannter, z. B. rohrförmiger Verbindungsstücke 10 realisiert,
die ihrerseits in den jeweiligen Sammelkanal 3, 4 stirnseitig
eingelötet,
angeschweißt
oder eingeklebt werden. Eine gegebenenfalls noch vorhandene Öffnung im
Sammelkanal 3, 4, wie sie in 1 gezeigt ist, wird mittels eines an
sich bekannten Stopfens 11 verschlossen.
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- 1
- Strahlungsabsorber
- 2
- Absorberkanäle
- 3
- Sammelkanal
(Zulauf)
- 4
- Sammelkanal
(Ablauf)
- 5
- Metallblech/Metallfolie
- 6
- Verbindungsstege
- 7
- Fügebereiche
- 8
- Abdeckblech
- 9
- Metallstrukturen
- 10
- Verbindungsstück
- 11
- Stopfen