CH635009A5

CH635009A5 - Verfahren zum verbinden eines metallrohres mit einem metallblech und nach dem verfahren hergestellte absorptionsplatte.

Info

Publication number: CH635009A5
Application number: CH749778A
Authority: CH
Inventors: Gershon Dr Grossman
Original assignee: Technion Res & Dev Foundation
Priority date: 1977-07-12
Filing date: 1978-07-11
Publication date: 1983-03-15
Also published as: US4182013A; IT1098651B; DE2829173A1; IL52508A; ZA783568B; FR2397582A1; ATA499978A; AU521491B2; FR2397582B3; AT359363B; AU3764678A; IL52508A0; IT7825202A0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verbinden mindestens eines geraden Metallrohres mit einem flachen bzw. ebenen Metallblech längs einer vorbestimmten Achse. Insbesondere soll zwischen Metallrohr und Metallblech eine innige, wärmeleitfähige Verbindung zwischen ihren jeweiligen Oberflächen ausgebildet werden. Vorzugsweise kann sich das Verfahren zum Herstellen von Metallplatten mit integriert angesetzten, mit Abstand angeordneten Rohren für Sonnenwärmesammler oder andere Wärmeaustauscher eignen. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine nach dem Verfahren hergestellte Absorptionsplatte für Solar-Kollektoren.

Die am üblichsten verwendete Art von Sonnenenergiesammlern bzw. Solarkollektoren besteht aus einer Absorberplatte, die aus wäremleitfähigem 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 wäremisolieren-den Gehäuse aufgenommen, das mit einer durchsichtigen bzw. durchscheinenden Vorderseite versehen ist, die derart der Sonne zugewandt ist, dass die Aufnahme eines Höchst-masses an Sonnenstrahlung möglich ist. Es ist eine zwingende Forderung, eine gute Verbindung zwischen Platte und Rohren vorzusehen, um bestmögliche Wärmeübergangseigenschaften für den Weg vorzusehen, der von der Platte durch 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 anderseits 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 Rohrumfang 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.

Angesichts der vielfaltigen, 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 im Patentanspruch 1 definierten Schritte auf.

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 paralleler 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 erfindungsge-

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

635 009

mässe Verfahren zur Herstellung einer Absorptionsplatte für einen Solar-Kollektor dadurch eingerichtet ist, dass mehrere Rohre an einem rechteckigen Blech in pralleler 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 Weichlötstellen 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 häufig bei So-lar-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 belastbare Verbindung herstellt.

Das Aufweiten des Rohres wird vorteilhafterweise mittels eines Dornes 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 Ausgestaltung der Erfindung liegt -gerade bei längeren Blechen - darin, dass gleichzeitig mit dem erforderlichen Aufweiten des Rohres auch dessen Qualitätsüberprüfung möglich ist, da sich etwaige Risse od.dgl. 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 Einschnitte 3 quer zu den parallelen Achsen und unter einem Abstand, der der geforderten Länge einer Ausbauchimg 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 zusammen 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 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. Sammelleitung 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 an-zuschliessen, um eine Rohrschlange zu bilden. Anderseits 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.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

635 009

Diese Art des Rohres wird vorteilhafterweise bei der Bildung von Solar-Kollektoren mit gestaffelt angeordneten Absorptionsplatten verwendet.

In diesem Zusammenhang wird daraufhingewiesen, dass Fig. 1 aus Gründen der Erläuterung die Ausbauchungen und die Kante des Bleches bei zwei nebeneinanderliegenden Achsen zeigt, wobei sich die eine Ausbauchung (2) nach 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 Werk-5 zeug 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.

s

1 Blatt Zeichnungen

Claims

635 009

2

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Verbindén mindestens eines geraden Metallrohres mit einem flachen Metallblech längs einer vorbestimmten Achse, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

— Einbringen von mehreren, mit Abstand angeordneten, parallelen Einschnitten (3) in das Blech (1), die bezüglich der Achse symmetrisch 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 deren Innendurchmesser ein wenig grösser ist als der Aussendurchmesser des Rohres,

— Einschieben des Rohres in die Ausbauchungen und

— Aufweiten des Rohres zu den Innenoberflächen der Ausbauchungen hin, wobei die Aufweitung derart zu bemessen ist, dass das Rohmaterial über seine Fliessgrenze und das umgebende Blechmaterial unterhalb seiner Elastizitätsgrenze gedehnt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschnitte (3) mit gleichmässigem Abstand längs der Achse angeordnet sind.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufweiten des Rohres (4,4') mittels eines Domes vorgenommen wird, der durch das Rohr von einem Ende zum anderen durchgezogen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufweiten des Rohres (4,4') durch hydraulischen Druck vorgenommen wird.
5. Absorptionsplatte für einen Solar-Kollektor, hergestellt nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorptionsplatte eine vorbestimmte Anzahl von Rohren (4,4') aufweist, die an einem rechteckigen Blech (1) in paralleler Ausrichtung angebracht sind, dass die Länge der Rohre grösser ist als die Länge des Bleches, und dass die Enden (5, 5') der Rohre über die Kanten des Bleches um eine im wesentlichen gleiche Länge überstehen.
6. Absorptionsplatte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die vorspringenden Enden (5, 5') der Rohre (4, 4') an eine gemeinsame Hauptleitung an jeder Kante des Bleches (1) angeschlossen sind.
7. Absorptionsplatte nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die vorspringenden Enden (5, 5') jeweils zweier nebeneinanderliegender Rohre (4,4') durch einen 180°-Rohrkrümmer verbunden sind.