DE2829173A1 - Verfahren zum verbinden eines metallrohres mit einem metallblech - Google Patents

Verfahren zum verbinden eines metallrohres mit einem metallblech

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DE2829173A1
DE2829173A1 DE19782829173 DE2829173A DE2829173A1 DE 2829173 A1 DE2829173 A1 DE 2829173A1 DE 19782829173 DE19782829173 DE 19782829173 DE 2829173 A DE2829173 A DE 2829173A DE 2829173 A1 DE2829173 A1 DE 2829173A1
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Description

GEYER, HAGEMANiN & PARTNER
Destouchesstraße 60 · Postfach 400745 · 8000 München 40 -Telefon 089/304071*-Telex 5-216136 hage d -Telegramm hageypatent -Telekopierer 089/304071
u.Z.: Pat 77/1-78M München, den
Ü a JUL1197?
B/1/mi
Technion Research & Development Foundation Ltd.
Haifa / Israel
VERFAHREN ZUM VERBINDEN EINES METALL
ROHRES MIT EINEM METALLBLECH
Beanspruchte Priorität: Datum: 12. Juli 1977
Land: Israel 52508
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GEYER, HAGEMANN & PARTNER
Destouchesstraße 60 - Postfach 400745 · 8000 München 40 -Telefon 089/304071* -Telex 5-216136 hage d -Telegramm hageypatent -Telekopierer 089/30407'
— <St — ζ
Technion Research & München, den
Development Foundation
Ltd., 0 3. JUL! 1978
Haifa / Israel B/1/mi
u.Z.: Pat 77/1-78M
VERFAHREN ZUM VERBINDEN EINES METALLROHRES MIT EINEM
METALLBLECH
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verbinden mindestens eines geraden Metallrohres mit einem flachen bzw. ebenen Metallblech längs einer vorbestimmten Achse. Hierbei bezieht sich die Erfindung auf die Verbindung von Metallrohren mit Metallblech, um eine innige, wärmeleitfähige Verbindung zwischen ihren jeweiligen Oberflächen zu bilden. Sie bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren zum Herstellen von Metallplatten mit integriert angesetzten, mit Abstand angeordneten Rohren für Sonnenwärmesammler oder andere Wärmeaustauscher.
Die am üblichsten verwendete Art von Sonnenenergiesammlern bzw. Solarkollektoren besteht aus einer Absorberplatte, die aus wärmeleitfähigem Metall hergestellt ist und mit der Rohre verbunden sind, die in der Form von Gittern oder Spiralen bzw. Stangen gebogen oder geschweißt sind. Die Absorberplatte ist dicht in einem wärmeisolierenden Gehäuse aufgenommen, das mit einer durchsichtigen bzw. durchscheinenden Vorderseite versehen ist, die derart der Sonne zugewandt ist, daß die Aufnahme eines Höchstmaßes an Sonnenstrahlung möglich ist. Es ist eine zwingende Forderung, eine gute Verbindung zwischen Platte und - Rohren vorzusehen, um bestmögliche Wärmeübergangseigenschäften für den Weg vorzusehen, der von der Platte durch
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die Rohrwände zum Wasser führt, das in den Rohren fließt, und angesichts dieser Aufgabe wurden in der Vergangenheit mehrere Verfahren entwickelt, von denen nachfolgend besonders charakteristische stellvertretend für alle aufgezählt werden.
Die Verbindung der Rohre und Bleche mittels Silberlotes führt zu einer hervorragenden Verbindung, aber verhältnismäßig hohen Herstellungskosten; im übrigen führt dieses Verfahren oftmals zum Verwerfen der Platte. Herkömmliches Weichlöten führt andererseits nicht zum Verwerfen, aber das Lot neigt jedesmal dann zum Schmelzen, wenn die Rohre nicht mit Wasser gefüllt sind.
Ein sehr zufriedenstellendes Verfahren besteht darin, daß man die Metallbleche vorformt, indem man in sie Nuten oder Vertiefungen in der gewünschten Form eindrückt und dann zwei symmetrisch geformte Bleche miteinander durch Widerstands— oder Punktschweißen verbindet, um eine Absorberplatte zu bilden. Dieses Verfahren ist allerdings nur für Stahlbleche geeignet, da weder Kupfer- noch Aluminiumbleche auf diese Weise geschweißt werden können, und dieses Verfahren ist deshalb nur für Anlagen geeignet, die geschlossene Umläufe unter Verwendung einer nicht korrodierenden Flüssigkeit umfassen.
Ein einfacheres Verfahren besteht darin, daß man Rohre auf Bleche aufklemmt, die entweder flach bzw. eben sind oder mit Halbkreisnuten versehen sind, die eng auf den äußeren Röhrumfang passen. Herkömmliche Rohrklemmen sind in geeigneter Weise mit Abstand längs des Rohres angebracht und drücken es gegen das Metallblech. Dieses Verfahren ist vom Kostenblickpunkt her zufriedenstellend, aber der Wärmeübergang läßt meist zu wünschen übrig.
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Foundation Ltd.
Pat 77/1-78M Θ09864/0810
Angesichts der vielfältigen/ aufgezählten Nachteile ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Absorberplatten aus Metallblechen und Metallrohren unter niedrigen Herstellungskosten herzustellen und gleichzeitig eine gute Wärmeleitverbindung der zusammengesetzten Teile sicherzustellen.
Gemäß der Erfindung weist das Verfahren zum Verbinden eines geraden Metallrohres mit einem ebenen Metallblech längs einer vorbestimmten Achse die folgenden Schritte auf:
- Einbringen von Schlitzen in das Blech durch mehrere parallele Einschnitte, die mit Abstand voneinander und bezüglich der Achse symmterisch und senkrecht angeordnet sind, wobei die Länge eines jeden Einschnittes nicht kleiner ist als der Außendurchmesser des Rohres,
Verformen des Bleches durch Drücken der Bereiche zwischen zwei aufeinanderfolgenden Einschnitten, um halbzylindrische Ausbauchungen längs der Achse zu bilden, die.wechselweise in entgegengesetzten Richtungen aus der Blechebene vorspringen und einen konkaven, halbkreisförmigen Querschnitt mit einem Durchmesser aufweisen, der ein wenig größer als der Außendurchmesser des Rohres ist, - axiales Einschieben des Rohres in den Raum, der durch die aufeinanderfolgenden Ausbauchungen gebildet ist, und
Auftreiben des Rohres in die Oberfläche der Ausbauchungen, wobei die auftreibende Kraft derart bemessen ist, daß das Rohrmaterial über seine Fließgrenze hinaus gedehnt wird, und daß das umgebende Blechmaterial unterhalb seiner Elastizitätsgrenze gedehnt wird.
Technion Research & Development - 1 -
Foundation Ltd.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel einer Verbindung dieser Art sind die Einschnitte mit gleichmäßigem Abstand längs der Achse angeordnet. Um eine Absorptionsplatte zu bilden, wird das Blech längs mehrerer paral- leler Linien in Übereinstimmung mit der Anzahl der zu befestigenden "Rohre eingeschnitten und verformt. Vorzüge dieser Ausbildung sind die einfache und billige Herstellung, Verzugsfreiheit wegen der gleichmäßigen Anordnung der Einschnitte und Verwendbarkeit eines billigen Herstellungswerkzeuges für Platten beliebiger Größe. Die Rohre sind vorzugsweise länger als die Breite des Bleches und sind an ihren Enden mit Kopfleitungen verbunden, die für alle Rohre an einem Blech gemeinsam vorgesehen sind. Diese Ausgestaltung ist insbesondere dort vorteilhaft, wo das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Absorptionsplatte für einen Solar-Kollektor dadurch eingerichtet ist, daß mehrere Rohre an einem rechteckigen Blech in paralleler Ausrichtung angeordnet sind, wobei die Längen der Rohre größer sind ' als die Länge des Bleches und die Enden der Rohre über die Kanten des Bleches um eine im wesentlichen jeweils gleiche Länge überstehen. Es befindet sich somit der Anschluß an eine gemeinsame Sammelleitung außerhalb des Bereiches, in dem das sonnenenergieabsorbierende Blech Wärme in die Rohre einleitet, wobei in besonders vorteilhafter Weise die thermische Belastung der Anschlußstellen zwischen Rohren und Hauptleitungen vermindert wird, so daß etwa verwendete Dichtungsmaterialien nicht zu Schaden kommen bzw. bei leckgewordener Anlage Weichlötsteilen dicht bleiben.
Es ist auch möglich, ein schmales Blech mit nur einem Rohr zu verbinden, was zu einem Rohr führt, das mit zwei sich in Längsrichtung erstreckenden, einander gegenüberliegend vorspringenden Flossen bzw. Rippen versehen. Diese Art eines mit Rippen versehenen Rohres wird
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Foundation Ltd.
Pat 77/1-78M 809884/0810
häufig bei Solar-Kollektoren mit gestapelten Absorptionsplatten verwendet. Durch die Verbindung eines geraden . Rohres mit einem streifenartigen Metallblech ist es möglich, Einzelelemente von Solar-Kollektoren in beliebiger Länge herzustellen und erst beim Zusammenbau bzw. beim Einbauort auf -die entsprechende Länge zuzuschneiden, was eine besonders billige Lagerung und billige und einfache Montage ermöglicht.
Es ist auch möglich, daß die vorspringenden Enden jeweils zweier aneinanderstoßender Rohre durch eine 180°-Rohrkrümmung miteinander verbunden sind; es läßt sich somit in vorteilhafter Weise ein Solar-Kollektor herstellen, dessen Rohre hintereinandergeschaltet sind, um ein wärmetransportierendes Medium, das in den Rohren fließt, auf eine möglichst hohe Endtemperatur aufzuheizen, ohne daß deshalb etwa Verbindungsstellen zwischen Rohr und Blech thermisch überlastet würden, da die Erfindung auf besonders billige Weise eine thermisch nahezu beliebig be-, lastbare Verbindung herstellt.
Das Aufweiten des Rohres wird vorteilhafterweise mittels eines Domes durchgeführt, der vom einen Ende des Rohres zum anderen durchgezogen wird. Durch Verwendung eines derartigen Aufweitkörpers wird nicht nur ein genaues Endmaß und somit auch eine genau festgesetzte Dehnung erreicht, sondern zusätzlich wird auch die Innenoberfläche des Rohres geglättet, so daß der Bildung von Ablagerungen während des Betriebes im Rohrinneren entgegengewirkt wird. Ein anderes Verfahren besteht darin, daß man die Enden des Rohres verschließt, das Rohr mit einer Flüssigkeit wie etwa öl oder Wasser füllt und einen hydraulischen Druck bis zur geforderten Höhe aufbringt. Der besondere Vorteil dieser Ausgstaltung der Erfindung liegt - gerade bei längeren Blechen - darin, daß gleichzeitig mit dem erforderlichen Aufweiten des Rohres auch
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dessen Qualitätsüberprüfung möglich ist, da sich etwaige Risse oder dergl. durch Austritt von Druckströmungsmittel anzeigen.
Beim Aufweiten werden sich die Oberflächenbereiche des Rohres, die von den Ausbauchungen bedeckt sind, insbesondere bei Verwendung des hydraulischen Verfahrens weniger stark aufweiten als die freiliegenden Oberflächenbereiche; hierdurch tritt eine zusätzliche Verformung des Rohres ein, die das Rohr in seiner Achsrichtung fest mit dem Blech verspannt und somit die wärmeleitende Verbindung noch verbessert.
Der Gegenstand der Erfindung ist anhand der beigefügten, schematischen Zeichnung beispielsweise noch näher erläutert; in der Zeichnung stellt
Fig. .1 eine Ansicht eines Teiles einer Absorptionsplatte vor dem Einschieben der Rohre in Schrägbilddarstellung und
Fig. 2 eine Darstellung desselben Plattenabschnitts, wie er in Fig. 1 gezeigt ist,dar, wobei zwei
Rohre eingeschoben und hierin aufgeweitet sind.
Es wird nun Bezug auf Fig. 1 der Zeichnung genommen; ein ursprünglich flaches bzw. ebenes Blech 1 wird mit einer Anzahl verhältnismäßig kurzer, alternierend angeordneter und halbzylindrischer Ausbauchungen 2 und 2' versehen, die sich längs paralleler Achsen erstrecken, wobei die Ausbauchungen 2 nach oben und die Ausbauchungen 2' nach unten vorspringen (von der oberen Oberfläche des Bleches aus gesehen). Die Ausbauchungen werden in Übereinstimmung mit der Erfindung geformt, indem eine Anzahl paralleler
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Einschnitte 3 quer zu den parallelen Achsen und unter einem Abstand, der der geforderten Länge einer Ausbauchung entspricht, vorgenommen werden, wobei jeder Einschnitt eine Länge aufweist, die nicht geringer ist als der Durchmesser des einzuschiebenden Rohres. Nach dem Einschneiden wird das Blech in ein Gesenk einer kraftbetriebenen Presse eingesetzt, wobei das Gesenk mit abwechselnden halbzylindrischen Ausnehmungen und Vorsprüngen entsprechend der Form und den Abmessungen der Ausbauchungen versehen ist, und die Ausbauchungen werden durch Betätigen der kraftbetriebenen Presse und Versetzen des Bleches zwischen den Hüben von Achse zu Achse ausgebildet, bis ein vollständiges Blech geformt ist, wie es in Fig. 1 dargestellt ist.
Fig. 2 zeigt einen Abschnitt der zusammengebauten Absorptionsplatte, wobei zwei Rohre 4 und 4' in die zylindrischen Räume eingesetzt wurden, die von den wechselweise angeordneten Ausbauchungen gebildet sind. Wie die Zeichnung zeigt, besteht zwischen den Ausbauchungen und den Rohren kein Zwischenraum, wobei diese aufgeweitet wurden, indem-man entweder einen Dorn von geeigneter Größe durch sie von einem Ende zum anderen gezogen hat, oder indem man die Enden verschlossen hat, die Rohre mit einer Flüssigkeit gefüllt hat und den Flüssigkeitsdruck aufgebracht hat.
Sowohl der Dorn als auch der Flüssigkeitsdruck sind so ausgelegt, daß sie zum Ausweiten der Rohre zum umgebenden Blechmaterial hin dienen und fortfahren, die Rohre zu-■ sammen mit dem Blechmaterial aufzuweiten. Es ist allerdings wesentlich, daß das Rohr über seine Fließgrenze aufgeweitet wird, während das Blechmaterial lediglich innerhalb bzw. unterhalb seiner Elastizitätsgrenze gedehnt wird. Dies stellt sicher, daß das Blechmaterial in seine Ausgangsform zurückkehrt und sich dicht um das
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nunmehr expandierte Rohr in einer wärmeleitfähigen Verbindung anschließt. Diese Tätigkeit erfordert geringe Toleranzen zwischen dem inneren Zylinder, der durch die Ausbauchungen gebildet wurde, und den Rohren, sowie eine genaue Bemessung des Dorndurchmessers.
Nach der Aufweitung werden die Rohrenden 5 und 5', die über die nahegelegene Kante des Bleches hervorstehen, sowie die Enden, die über die abgelegene Kante des Bleches hervorsteht - diese Enden sind nicht in der Zeichnung gezeigt - an eine gemeinsame Kopf- bzw. Sammel-. leitung auf eine in der Technik bekannte Weise angeschlossen.
Statt daß man die Rohrenden an Sammelleitungen anschließt, ist es vorteilhafterweise auch möglich, nebeneinanderliegende Rohre durch 180°-Krümmungen aneinander anzuschließen, um eine Rohrschlange zu bilden. Andererseits können die Rohre an das Blech ^Längs wechselweise aufeinan,-derzulaufender (statt paralleler) Achsen angebracht und an ihren Enden durch Umkehrbiegungen verbunden werden.
Statt daß man mehrere Rohre an einem gemeinsamen Blech anbringt, ist es in gleicher Weise möglich, ein mit Längsrippen versehenes Rohr zu bilden, indem man ein Rohr an ein Blech in Form eines engen Streifens anbringt und die oben beschriebene Verbindungsweise verwendet. Diese Art des Rohres wird vorteilhafterweise bei der Bildung von Solar-Kollektoren mit gestaffelt angeordneten Absorptionsplatten verwendet.
In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, daß Fig. 1 aus Gründen der Erläuterung die Ausbauchungen und >30 die Kante des Bleches bei zwei nebeneinanderliegenden Achsen zeigt, wobei sich die eine Ausbauchung (2) nach
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oben und die andere Ausbauchung (2') nach unten erstreckt, und in ähnlicher Weise die nachfolgenden Ausbauchungen in derselben Reihe verhalten. Es ist jedoch möglicherweise von Vorteil/ daß das Eindrücken der Ausbauchungen durch wiederholte Hübe einer Presse mit
einem gemeinsamen Werkzeug dazu führt, daß alle Reihen in ähnlicher Weise vorspringende Ausbauchungen aufweisen, obwohl Fig. 1 in der gezeichneten Weise ein deutlicheres Bild von der Blechverformung gibt.
Gegenstand der Erfindung ist nicht nur das beschriebene und dargestellte Verfahren, sondern in gleicher Weise
auch das beschriebene und dargestellte, mit mindestens einem Rohr versehene Blech sowie die beschriebene Vorrichtung zu dessen Herstellung.
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Claims (8)

  1. GEYER, HAGEMANN & PARTNtR
    PATENTANWÄLTE 2823173
    Destouchesstraße 60 - Postfach 400745 · 8000 München 40 -Telefon 089/304071* -Telex 5-216136 hage d -Telegramm hageypatent -Telekopierer 089/304071
    — 1 —
    Technion Research & München, den
    Development Foundation Q3. JUL! 1978
    Haifa / Israel B/1/ini
    u.Z.: Pat 77/1-78M
    Ansprüche
    π.) Verfahren zum Verbinden mindestens eines geraden Metallrohres mit einem flachen Metallblech längs einer vorbestimmten Achse, gekenn ζ eichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:
    - Einbringen von Schlitzen in das Blech (1). durch mehrere, mit Abstand angeordnete, parallele Einschnitte-(3)/ die bezüglich der Achse symmterisch und senkrecht angeordnet sind und eine Länge aufweisen, die nicht kleiner ist als der Außendurchmesser des Rohres (4, 4'),
    Verformen des Bleches durch Eindrücken der Bereiche zwischen zwei aufeinanderfolgenden Einschnitten, um halbzylindrische Ausbauchungen (2, 2') längs der Achse zu bilden, die wechselweise in entgegengesetzten Richtungen aus der Blechebene hervorspringen und einen konkaven, halbkreisförmigen Querschnitt aufweisen, der ein wenig größer ist als der Außendurchmesser des Rohres,
    - Einschieben des Rohres in den von den wechselweise angeordneten Ausbauchungen gebildeten Raum, und
    - Aufweiten des Rohres zu den Innenoberflächen der Ausbauchungen hin, wobei die aufweitende Kraft derart bemessen' ist, daß das Rohrmaterial über seine
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    Fließgrenze gedehnt wird, und daß das umgebende Blechmaterial unterhalb seiner Elastizitätsgrenze gedehnt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschnitte {3) mit gleichmäßigem Abstand längs der Achse angeordnet sind.
  3. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufweiten des Rohres (A1 4') mittels eines Dornes vorgenommen wird, der durch das Rohr vom einen Ende zum anderen durchgezogen wird.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufweiten des Rohres (4, 4') durch hydraulischen Druck vorgenommen wird.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung einer Absorptionsplatte für einen Solar-Kollektor eine vorbestimmte Anzahl von Rohren (4, 41) an einem rechteckigen Blech (1) in'paralleler Ausrichtung angebracht werden, daß die Länge der.Rohre größer ist als die Länge des Bleches, und daß die Enden (5, 51) der Rohre über die Kanten des Bleches um eine im wesentlichen gleiche Länge überstehen.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung einer Absorptionsplatte für einen Solar-Kollektor die vorspringenden Enden (5, 5') der Rohre (4, 4') an eine gemeinsame Hauptleitung an jeder Kante des Bleches (1) angeschlossen werden.
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung einer Absorp-
    Technion Research & - 3 -
    Development Foundation Ltd.
    Pat 77/1-78M 809884/0810
    tionsplatte für einen Solar-Kollektor die vorspringenden Enden (5, 51) jeweils zweier nebeneinanderliegender Rohre (4, 4') durch einen 180°-Rohrkrümmer verbunden sind.
  8. 8. -'. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein gerades Rohr (4> an einem streifenförmigen Metallblech angebracht ist.
    Technion Research & „DevelonmerLtrt 4 rt - 4 -
    Foundation Ltd. 8 (T9W5 ΠΓ8 1 Q
    Pat 77/1-78M -
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