DE102005055594A1

DE102005055594A1 - Verfahren zur Herstellung einer Heiz-oder Kühlplatte sowie dergestalt hergestellte Heiz-oder Kühlplatte

Info

Publication number: DE102005055594A1
Application number: DE200510055594
Authority: DE
Inventors: Vladan Prof. Petrovic; Peter Rössler; Goran Dipl.-Ing. Danas
Original assignee: PHOENIX METALL GmbH; Joco d o o
Current assignee: PHOENIX METALL GMBH, 77855 ACHERN, DE
Priority date: 2005-11-19
Filing date: 2005-11-19
Publication date: 2007-05-24
Anticipated expiration: 2025-11-20
Also published as: DE102005055594B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer gegossenen Heiz- oder Kühlplatte (21) mit einem Rohrwärmetauscher (2) oder einem Heizkörper, Wärmetauscher (2), welcher in eine Gussform eingelegt wird, in die eine Wärmeleitmasse (3) eingegossen wird, welche die Zwischenräume vollständig ausfüllt, wonach nach dem Erstarren der Wärmeleitmasse (3) der Wärmetauscher (2) von der Wärmeleitmasse (3) umschlossen wird und die Wärmeleitmasse an der Oberfläche des Wärmetauschers anhaftet und die erstarrte Wärmeleitmasse (3) nach der Entnahme aus der Gussform zusammen mit dem Wärmetauscher (2) die Heiz- oder Kühlplatte (21) bildet. Dadurch wird eine Heiz- oder Kühlplatte zur Verfügung gestellt, welche von einer Schale (1) aus Stahl- oder Aluminiumblech ummantelt ist, in welche der Wärmetauscher (2) eingelegt und die Wärmeleitmasse (3) eingegossen ist, wobei die Wärmeleitmasse (3) gleichermaßen an der Schaleninnenfläche haftet und somit Schale, Wärmeleitmasse (3) und Wärmetauscher (2) eine kompakte und kraftschlüssige Einheit bilden und die Schalenaußenfläche die Sichtfläche der Heiz- oder Kühlplatte bildet. Die Heizplatte kann ebenso als Kühlplatte verwendet werden.

Description

Technisches Gebiet:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Heiz- oder Kühlplatte mit einem Rohrwärmetauscher oder einem Heiz- oder Kühlkörper, Wärmetauscher, ebenso wie die Erfindung eine Heiz- oder Kühlplatte mit einem Rohrwärmetauscher oder einem Heiz- oder Kühlkörper, Wärmetauscher, betrifft.
Stand der Technik:
Beschreibung des Ist-Zustandes bei Flachheizkörpern und Gestaltung der heutigen Heizkörper nach EN442: Die konstruktive Gestaltung von Flachheizkörpern nach EN442 ist bei allen Herstellern nahezu identisch gelöst. Ein solcher Heizkörper besteht aus einer oder mehreren rechteckigen, Heizungswasser durchströmten Heizplatten, die je nach Bedarf zur Leistungssteigerung mit einer oder mehreren aufgebrachten Lamellen versehen werden. Die Wärmeabgabe erfolgt teilweise über Wärmestrahlung, teilweise über Konvektion. Der Einsatz von Lamellen erhöht den Konvektionsanteil und die Wärmeleistung.
Die Heizkörper müssen im Zentralheizungssystem einem Druck von bis zu 6bar standhalten. Der Prüfdruck beträgt bis zu 12-14bar. Da die gesamte Innenfläche der Heizkörper von Druck beaufschlagt ist, entstehen durch die sehr große Wirkfläche extreme Kräfte, die bestrebt sind, die beiden Seiten der Heizplatten auseinander zu drücken. Um diese Kräfte ohne bleibende Verformungen aufnehmen zu können, werden die Heizplatten mit einer sehr großen Anzahl von Schweißpunkten zwischen den wasserführenden Kanälen sowie massiven, rollennahtgeschweißten, umlaufenden Schweißnähten verschweißt.
Neben dem erheblichen technischen Aufwand, der für die Herstellung dieser Konstruktion erforderlich ist, haben die vielen Schweißverbindungen auch optische Nachteile für das Produkt, da diese niemals vollständig kaschiert werden können.
Herstellung der heutigen Heizkörper nach EN442
Die Herstellung erfolgt in den meisten Fällen nach demselben, im Folgenden nur rob beschriebenen Schema:

• Pressen der Halbschalen meistens auf Exzenter- oder hydraulischen Pressen. Es ist jedoch mindestens ein Hersteller bekannt, der die Halbschalen über ein spezielles Rollprägeverfahren herstellt
• Verbinden der beiden Halbschalen über Punktschweißautomaten (sog. Vielpunktschweißmaschinen). Pro Heizkörperplatte können ja nach Größe bis weit über 1.000 Schweißpunkte notwendig sein.
• Verschweißen der Halbschalen rundum auf sogenannten Rollennahtschweißmaschinen
• Aufschweißen der Heizkörperanschlüsse, i.d.R. über sog. Buckelschweißen
• Je nach Typ aufschweißen der Lamellen (z. T. Punktschweißen, z. T. Laserschweißen)
• Verschweißen mehrerer Platten über die Anschlüsse zu mehrlagigen Heizkörpern, z.B. zu Typ 22, d.h. 2 Platten und 2 Lamellen
• Anfertigung der Seitenabdeckungen und des oberen Abdeckgitters unterschiedlich je nach Typ
• Prüfung der Heizkörper auf Dichtigkeit
• Grundierung
• Lackierung
• Verpacken

Es gibt geringe individuelle Abweichungen zwischen den verschiedenen Herstellern. Diese haben jedoch keine signifikante Auswirkung auf die Prozesskosten. Der gesamte Prozess wird i.d.R. auf hoch automatisierten Fertigungslinien durchgeführt. Eine tägliche Ausbringung von 1.000 und mehr Heizkörpern pro Linie ist dabei üblich. Die notwendigen Investitionen zur Erstellung einer solchen Linie liegen im Bereich von mehreren Millionen Euro. Auch der laufende Betrieb und hier insbesondere die Energiekosten sind erheblich. Der Personalbedarf hingegen ist durch die hohe Automatisierung relativ gering.
Kosten- und Ertragssituation: Die heute übliche Bauweise der Flachheizkörper nach EN442 bietet praktisch keinen konstruktiven Gestaltungs- und Optimierungsspielraum mehr. Gleichzeitig stehen alle Hersteller vor denselben Problemen:

• Die Niedrigenergiebauweise erfordert immer geringere Heizleistungen in Gebäuden, damit nimmt der Bedarf an installierter Heizkörperfläche ab
• Es fassen zunehmend andere Formen von Raumheizungen Fuß, wie z.B. die Wandheizung oder auch die Fußbodenheizung
• Die steigenden Rohstoffpreise, insbesondere der Stahlpreis, wirken sich extrem negativ auf die Ertragssituation der Unternehmen aus
• Die gesamte Bautätigkeit ist seit vielen Jahren rückläufig
• Die schon vorhandenen Überkapazitäten in Europa machen eine Weitergabe gestiegener Kosten in Form höherer Verkaufspreise nur noch in sehr geringem Umfang möglich

Insgesamt sinken die Chancen mit dem konventionellen Flachheizkörper noch akzeptablen Gewinn erwirtschaften zu können, geradezu dramatisch. Die Auswirkungen dieser Entwicklung können derzeit überdeutlich in Deutschland beobachtet werden: Fertigungen von Heizkörpern werden komplett geschlossen, Kapazitäten werden gedrosselt und Personal reduziert. Oder es werden gleich komplette Fertigungen in Niedriglohnländer verlagert, um an der einzigen noch beeinflussbaren Variablen, den Lohnkosten, noch Kostenreduzierungen zu verwirklichen.

Bekannte, konstruktive Lösungsansätze: Einbettung eines Wärmetauschers in die vorhandene Konstruktion: In der Patenschrift 04023770.3 wird die Konstruktion eines Heizkörpers dargestellt, der ein wesentliches Problem der heute üblichen Heizkörper lösen kann: Die sehr hohen und unsicheren Rohmaterialpreise. Im wesentlichen handelt es sich um eine Heizschlange, bzw. ein Heizregister, dass in die vorhandenen Platten eingesetzt wird. Die Platten werden weiterhin als geschlossene Behälter ausgeführt, die im Werk mit einer Flüssigkeit zur Wärmeübertragung gefüllt werden. Dadurch, dass der Druck der Zentralheizungsanlage nur auf das Rohr, nicht jedoch auf die eigentlichen Heizkörperplatten wirkt, kann der heute sehr massiv gebaute eigentliche Heizkörper aus weitaus dünneren Materialien und somit auch mit wesentlich weniger Schweißpunkten gefertigt sein.

Verbindung einer Rohrschlange oder eines Rohrregisters direkt mit den Lamellen und/oder der Frontplatte: In der Patentschrift EP05000360 wird die Konstruktion eines Heizkörpers dargestellt, bei dem die Rohrschlange bzw. das Rohrregister direkt und formschlüssig mit den Lamellen und/oder der Front- bzw. Rückplatte des Heizkörpers verbunden ist. Dadurch wird gegenüber der vorgenannten Erfindung nochmals Material und Arbeitsaufwand eingespart.

Technische Aufgabe:

Die vorgenannten Nachteile haben zur Suche nach Alternativen geführt, bei denen insbesondere der wesentlichste Kostentreiber, die Materialkosten, sowie die einzusetzenden Investitionen sowie der Energieverbrauch bei der Herstellung wesentlich reduziert werden. Es ist Ziel der Erfindung, die heute üblichen Flachheizkörper nach DIN/EN442 funktional und optisch mindestens gleichwertig, oder auch hochwertiger, jedoch kostengünstiger zu ersetzen.

Erfindungsgemäße Lösung sowie deren Vorteile:

Bei einem Verfahren zur Herstellung einer Heiz- oder Kühlplatte mit einem Rohrwärmetauscher oder einem Heiz- oder Kühlkörper, insgesamt als Wärmetauscher bezeichnet, ist die Lösung dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher in eine Gussform eingelegt wird, in die eine Wärmeleitmasse eingegossen wird, welche die Zwischenräume vollständig ausfüllt, wonach nach dem Erstarren der Wärmeleitmasse der Wärmetauscher von der Wärmeleitmasse umschlossen wird und die Wärmeleitmasse an der Oberfläche des Wärmetauschers anhaftet und die erstarrte Wärmeleitmasse nach der Entnahme aus der Gussform zusammen mit dem Wärmetauscher die Heiz- oder Kühlplatte bildet. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Eine erfindungsgemäße Heiz- oder Kühlplatte mit einem Rohrwärmetauscher oder einem Heiz- oder Kühlkörper, Wärmetauscher, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher in eine Wärmeleitmasse eingegossen ist, die denselben wenigstens teilweise, vorzugsweise vollständig, umschließt und die Wärmeleitmasse an der Oberfläche des Wärmetauschers anhaftet und die Wärmeleitmasse zusammen mit dem Wärmetauscher die Heiz- oder Kühlplatte bildet. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Heiz- oder Kühlplatte sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht somit im Wesentlichen aus einer oder mehreren Rohrschlange(n) oder Rohrregister(n). Die Wärme aus dem Heizungswasser wird über einen giessbaren Werkstoff (Vergussmasse, Wärmeleitmasse), der nach dem Giessen aushärtet, an die Umgebung abgegeben. Alternativ kann der Werkstoff in Schalen, z.B. aus Stahl, gegossen werden. So kann beispielsweise ein Heizkörper hergestellt werden, der optisch und funktional kaum von den heutigen Flachheizkörpern unterscheidbar ist. Darüber hinaus kann dieser giessbare Werkstoff in die unterschiedlichsten geometrischen Formen gegossen werden. Auch die Oberfläche kann in bisher unbekannter Flexibilität gestaltet werden. So sind basierend auf dieser Erfindung exklusive plane Heizkörper mit geschliffener Edelstahlfront ebenso herstellbar wie kostengünstige Standard-Flachheizkörper in Massenfertigung. Die spezifische Leistungsabgabe liegt in sehr ähnlichen Bereichen, wie sie heutige Flachheizkörper ebenfalls erreichen. Auch die Leistungserhöhung über zusätzliche Heizlamellen ist problemlos realisierbar.

Elektrische Beheizung:

Alle nachfolgend beschriebenen Bauformen können prinzipiell zusätzlich bzw. alternativ elektrisch beheizt werden. Dazu wird entweder vor dem Vergiessen eine elektrische Heizmatte eingelegt, ähnlich denen, die schon lange als elektrische Fußbodenheizung Verwendung finden, oder in eine in den Heizkörper eingegossenes Aufnahmerohr, dass mit dem Wärmetauscher verbunden ist, eine handelsübliche Heizpatrone eingesetzt, die das im Heizkörper befindliche Wasser erwärmt.

Kühlung:

Alle nachfolgend beschriebenen Bauformen, außer bei der Anwendung als Solarplatte, können prinzipiell auch als Kühlflächen eingesetzt werden. Dazu muss im Heizungswasserkreislauf eine Vorrichtung zur Temperaturabsenkung und -regelung vorhanden sein (Kaltwassersatz). Es gelten dabei die gleichen allgemeinen Voraussetzungen, wie überall sonst in der Raumklimatisierung. Insbesondere der Punkt der Verhinderung der Bildung von Kondenswasser bei Erreichen des Taupunktes an den Kühlflächen bedarf besonderer Beachtung und besonderer Vorkehrungen, wie z.B. der Anbringung von Feuchtigkeitsfühlern auf den Kühlflächen. Diese Lösungen sind vorhanden und Stand der Technik.

Die Vergussmasse/Wärmeleitmasse; Anforderungen:

Die ideale Masse sollte

– einfach anzusetzen und ggfs. zu mischen sein
– gute Giesseigenschaften haben
– ein niedriges spez. Gewicht haben
– nach dem Ausgiessen möglichst schnell aushärten
– eine möglichst gute Wärmeleitfähigeit haben
– nach dem aushärten eine hohe Oberflächengüte aufweisen
– ein gutes und dauerhaftes Haftvermögen besitzen
– preisgünstig sein
– beständig gegen Temperaturschwankungen von 100K und mehr sein
– kurzzeitig Temperaturen von 180°C standhalten
– auch bei geringen Wandstärken hohe Festigkeiten erreichen
– auch nach längerem Einsatz beständig gegen ausbrechen von Teilen an der Oberfläche sein (kein Sandeln, Abplatzungen)
– lackierbar oder besser noch pulverbeschichtbar sein
– möglichst frei von korrosionsfördernden Stoffen und Eigenschaften sein

Mögliche Werkstoffe als Ausgussmasse:

Bei allen heute verfügbaren Materialien müssen zwischen den verschiedenen Anforderungen Kompromisse gefunden werden. Entsprechend dieser Kompromisse muss im Herstellungsprozess Rücksicht genommen werden. Hält die Ausgussmasse z.B. keine 180°C aus, dann ist es nicht möglich, den Heizkörper nach dem Ausgiessen pulverzubeschichten.

Als Ausgussmassen kommen aus heutiger Sicht mindestens folgende Werkstoffe in Frage:

– Estrich, Beton aus feinem Sand, Basaltkies, Granulat aus Lavagestein, Schamotte, Kunst-Marmor, Tonerde, Polymere, Harze, Mischungen aus MgO, oder MgCl₂ und Quarzsand, Mischungen aus MgO, MgSO₄ und Quarzsand,

Mischungen aus Kiesssand, Quarzmehl (alternativ Marmormehl), Phenol-Formaldehydharz als Bindemittel mit einer Beimengung von 6-10% Hexamethyltetramin sowie einer Methanollösung von Formaldehydharz in Resol-Form.

Alle genannten Werkstoffe haben unterschiedliche Vor- und Nachteile, die bei der Auswahl unter Berücksichtigung der individuellen Zielsetzungen und Herstellungsprozesse abzuwägen sind. Teilweise dürfen die Stoffe keinen hohen Temperaturen um 180°C ausgesetzt werden, teilweise bedürfen sie in der Herstellung sogar Einbrenn- oder Sintertemperaturen von 200°C und mehr.

Es ist davon auszugehen, dass die weitere Entwicklung durch die Kombination verschiedener Stoffe und Eigenschaften immer näher an den idealen Gusswerkstoff heranführen wird.

Bauformen:

Flachheizkörper ähnlich DIN/EN 442:

Konstruktiver Aufbau der Heizplatten Außenfläche (Schalen):

Diese bestehen aus dünnwandige Schalen aus Stahlblech. Da diese Schalen keine tragende Funktion haben, genügt dafür eine Wandstärke von 0,4-0,5mm. Die Tiefe der Schalen richtet sich nach dem eingesetzten Rohrdurchmesser des Wärmetauschers. Mit einem 10mm durchmessenden Rohr werden die Heizplatten ca. 14mm tief ausgeführt.

Wärmetauscher (Mäander oder Register):

Der Wärmetauscher besteht aus einem oder mehreren Stahlrohr(en) (alternativ einsetzbar: Edelstahlrohr, Kunststoffrohr, Metallverbundrohr), Idealerweise aus Rohr mit 10mm Durchmesser, das mäanderförmig gebogen in die Außenschale eingelegt wird. Alternativ kann natürlich auch Rohr mit anderen Durchmessern verwendet werden. Um die Position des Wärmetauschers während des Ausgiessens und später die Formstabilität der Schale zu erhalten, wird der Wärmetauscher vor dem Ausgiessen mit einem geeigneten Kleber in der Schale fixiert. Als geeignet hat sich selbst herkömmlicher PU-Bau-Schaum oder Polyester herausgestellt.

Alternativ zum Mäander können auch Rohr-Register eingesetzt werden, die aus je einem Zu- und Ablaufsammelrohr und einer je nach Breite des Heizkörpers variierenden Anzahl von Querrohren bestehen.

Im Verlauf der Fertigung des Mäanders/Registers werden die notwendigen Anschlüsse und Verbindungsstücke am Mäander/Register angebracht, damit der Heizkörper in einem späteren Fertigungsschritt mit den notwendigen Anschlüssen zum Anschluss an den Heizungskreislauf versehen werden kann. Die Windungen des (der) Mäander liegen waagerecht, sodass der Heizkörper später problemlos wie ein „normaler" Heizkörper oben entlüftet werden kann. Bei senkrechtem Einbau des Mäanders besteht die Gefahr der Luftsackbildung, die die Entlüftung wesentlich erschweren kann.

Beim alternativ einsetzbaren Rohrregister erfolgt die Entlüftung ebenfalls oben. Hier besteht prinzipiell keine Gefahr einer Luftsackbildung. Dafür ist die Herstellung des Registers teurer und die erreichbare Leistung niedriger. Eine senkrechte Anordnung des Mäanders ist grundsätzlich ebenfalls möglich und Teil dieser Erfindung. Diese Bauform bietet jedoch keine funktionalen Vorteile und ist nur in Verbindung mit speziellen Designs, bei denen die horizontal verlaufende Bauweise im Wege wäre, sinnvoll anzuwenden. Es sind hier entweder besondere Vorkehrungen notwendig, um den senkrecht stehenden Mäander entlüften zu können, oder dieser muß mit relativ hohen Volumenströmen vor der Inbetriebnahme gespült werden.

Um die Bautiefe der Heizplatten verringern zu können, ohne den Strömungswiderstand und damit den Druckverlust zu sehr zu verschlechtern, kann der Mäander nach dem Biegen in einer Presse nachträglich abgeflacht werden. So kann eine minimale Bautiefe von ca. 10-12mm pro Heizplatte erreicht werden.

Armierung:

Zur Erhöhung der Festigkeit der Schale und zur Erhöhung der Festigkeit des gesamten Heizkörpers können insbesondere bei größeren Abmessungen Z-, L-, oder C-förmig gebogene Blechprofile eingeklebt, per Punkt- oder Laserschweißen eingebracht werden. Alternativ kann die Verbindung zwischen Schale und Ausgussmasse über eine vorherige Oberflächenbeschichtung der Schale, z.B. mit Metallspänen, verbessert werden. Alternativ kann zur Vermeidung der Rissbildung auf der Rückseite der Heizplatte eine Glasfasermatte aufgesetzt und mit der Ausgussmasse vergossen werden. Nach dem Erstarren der Gußmasse wird das Gewebe der Fasermatte in der Gußmasse fest armiert.

Ausgussmasse, Wärmeleitmasse:

Je nach ausgewähltem Werkstoff für die Ausgussmasse sind die nachfolgenden Verfahrensschritte zu wählen. So können komplette Heizkörper mit einer Ausgussmasse aus Polymeren nicht nachfolgend pulverbeschichtet werden, da diese den dabei auftretenden Temperaturen von ca. 180°C nicht standhalten. Daher muß hier die Oberflächenveredelung VOR dem Ausgiessen erfolgen.

Werden hingegen zementgebundene Bau-Werkstoffe verwendet, so kann der Heizkörper bei Beachtung einiger Randbedingungen kurzzeitig solchen Temperaturen ausgesetzt werden. Damit ist die Pulverbeschichtung am Ende des Herstellungsprozesses möglich.

Konvektoren, wie Lamellen:

Zur Leistungserhöhung der Heizplatten können Konvektoren, sog. Lamellen, auf die Heizplatten aufgebracht werden. Die so entstehenden Heizkörper entsprechen in etwa den Heizkörpern Typ 11, 21 oder 31 nach DIN/EN 442. Die Konvektoren dienen zur Oberflächenvergrößerung der Heizplatten. Die Konvektoren übernehmen die Wärme von den Heizplatten und geben sie über die natürliche Konvektion an die Raumluft ab.

Die Konvektoren können aus unterschiedlichen Werkstoffen hergestellt werden:

– Endlos aus Stahlblech vom Coil mit einer Dicke von 0,3-0,6 mm. In diesem Fall werden zur Armierung mit der Ausgussmasse L-Profile an die Konvektoren angeschweisst. Nach Erstarrung der Ausgussmasse sind die Konvektoren damit dauerhaft und sehr stabil mit der Heizplatte verbunden.
– Aus Profilen aus Stahl- oder Aluminiumblech, 0,3-0,6 mm dick. In diesem Fall sind die Profile an der offenen Seite horizontal abgewinkelt. Damit erübrigt sich die zusätzliche Armierung der Endloslamellen.
– Aus dem Ausgussmaterial per Strangpressen oder Formgiessen, was den weitgehenden Verzicht auf Metall bei der Herstellung der Heizkörper ermöglicht.

In allen Varianten werden die Konvektoren in die frisch ausgegossene Wärmeleitmasse eingedrückt. Bei der Erstarrung der Masse entsteht eine feste, formschlüssige und dauerhafte Verbindung mit den Konvektoren. Das ergibt einen sehr guten Wärmeübergang von der Wärmeleitmasse, also der Heizplatte auf die Wurzel der Konvektoren. Darüber hinaus wirken die Konvektoren als sehr stabile Armierung der Heizplatten.

Der Wärmeübergang zwischen Heizplatten und Konvektoren ist ein sehr leistungskritischer Punkt und ein wesentlicher Schwachpunkt an den heutigen Flachheizkörpern. Der Wärmeübergang findet bei diesen im Wesentlichen über die Schweißpunkte statt, mit denen die Lamellen auf die Heizplatten gepunktet werden. Neben den Schweißpunkten entsteht durch die plastische Verformung durch die notwendigen Anpressdrücke während des Punktschweissens ein Luftspalt, durch den die Wärmeübertragung an diesen Stellen zusammenbricht.

Leistung:

Ein Flachheizkörper, hergestellt nach dieser Patentschrift, ist in der Leistung gleichwertig zu den herkömmlichen Stahlheizkörpern nach EN 442. Beim Einsatz von Lamellen ermöglicht diese Erfindung trotz gleich großer Lamellenfläche einen etwas höheren konvektiven Anteil der Heizleistung, da der Wärmeübergang von der Heizplatte auf die Lamellen besser ist, als bei den konventionellen Flachheizkörpern. Beim Einsatz von Aluminium als Werkstoff für die Lamellen verbessert sich dieses Verhältnis nochmals. Das ist auf die bessere Wärmeleitfähigkeit von Aluminium zurückzuführen.

Badheizkörper:

Ziel ist es hier, eine leistungsstarke, optisch wie preislich attraktive Alternative zu den heute üblichen Röhrenradiatoren zu finden. Diese Alternative soll auf dem unten beschriebenen Funktionsprinzip basieren. Der Badheizkörper soll dabei wie die heute üblichen Badheizkörper die Funktion des Raumheizkörpers mit der des Handtuchwärmers vereinen.

Der konstruktive Aufbau basiert auf dem grundsätzlich beschriebenen Aufbau der Heizplatte. Beim Einsatz als Badheizkörper wird die Schale des Heizkörpers mit Bohrungen versehen, durch die die frontseitig angebrachten Handtuchbügel mit der Heizplatte von hinten, also später unsichtbar, verschraubt werden. Ein Badheizkörper gemäß der Erfindung hat bei gleichen Außenmaßen eine deutlich höhere Leistung als ein vergleichbarer Röhrenheizkörper. Das liegt im Wesentlichen an der größeren zur Verfügung stehenden Fläche für die Wärmeabgabe.

Designheizflächen:

Hier ist es Ziel, eine leistungsstarke, optisch wie preislich attraktive Alternative zu den heute erhältlichen Designheizflächen zu finden. Diese Alternativen sollen auf dem vorbeschriebenen Funktionsprinzip basieren. Die Designheizflächen sollen dabei den praktischen Nutzen eines normalen Heizkörpers mit den vielfältigen möglichen optischen Merkmalen eines wertvollen Designgegenstandes verbinden.

Hinsichtlich der geometrischen Grundformen kann beim Einsatz als Designheizkörper von der üblichen rechteckigen Bauform abgewichen werden. So kann der Heizkörper nahezu jede beliebige geometrische Grundform haben. Es muß lediglich möglich sein, in der Grundform eine Rohrleitungsführung unterzubringen, die eine sichere Entlüftung des Heizkörpers, also ganz oben, erlaubt. Es dürfen sich in der Rohrleitung keine Luftsäcke bilden können.

Beispiele für alternative Geometrien: rund, oval, dreieckig, vieleckig, rechteckig tailliert, rechteckig bauchig, stehende oder liegende Acht, u.s.w.. Alle diese Bauformen sind basierend auf der neuen Erfindung mit relativ geringem Aufwand herstellbar.

Als Erweiterung zu den flachen Bauformen sind auch kubische beheizte Körper zu nennen. Dabei bilden die nach dieser Erfindung gebauten flachen Platten die Wände des kubischen Gegenstandes. Die einzelnen Heizplatten (=Wände) des kubischen Heizkörpers werden an einem zentralen Verteiler innerhalb des kubischen Gegenstandes zur Heizungswasserversorgung angeschlossen. Dieser Verteiler wird wiederum über je einen Anschluß für Vor- und Rücklauf am Heizungskreislauf angeschlossen. Die gesamte Anschlußtechnik wird Idealerweise an der Unterseite des kubischen Gegenstandes versteckt installiert. So erhält man einen beheizten kubischen Gegenstand, der bei entsprechender Planung frei im Raum steht und der unsichtbar mit Heizungswasser versorgt wird.

Beispiele für kubische Heizkörper: Würfel, Pyramide, Säule, beheizte Sitzbank, Nachbildung eines Kachelofens. Auch diese kubischen Gegenstände sind basierend auf dieser Erfindung relativ einfach in der Herstellung.

Die nutzbare Heizfläche für die Wärmeübertragung bei einer kubischen Form kann zusätzlich vergrößert werden, indem in der Ausgussmasse Öffnungen vorgesehen werden, durch die die Raumluft unten ein- und oben ausströmen kann und somit die rückseitig abgegebene Wärme an die Raumluft abgegeben wird. Eine weitere Leistungssteigerung kann durch innen liegende Konvektoren erzielt werden, ähnl. den bereits unter 0 bei den Flachheizkörpern beschriebenen.

Ein wesentlicher Aspekt um von einem „Designheizkörper" sprechen zu können, ist natürlich der der freien Oberflächengestaltung des Objekts. Bei einem nach dieser Erfindung hergestellten Heizkörper bieten sich nahezu unbegrenzte Möglichkeiten der freien Oberflächengestaltung, wie:
Schale in Aluminium roh, Schale in Aluminium eloxiert, Schale in Aluminium gebürstet, Schale pulverbeschichtet in jeder beliebigen Farbe, Schale mehrfarbig pulverbeschichtet in jeder beliebigen Kombination, Schale in Edelstahl roh, Schale in Edelstahlglanz, Schale in Edelstahl gebürstet, Schale in Edelstahl geschliffen, Schale in Tränenblech aus Aluminium, Schale in Tränenblech aus Edelstahl, Schale in Normalstahl pulverbeschichtet, Schale in Normalstahl naßlackiert, Schale aus anderen NE-Metallen (Messing, Kupfer, ...), Ohne Metallschale pulverbeschichtet, Ohne Metallschale, emailliert, Ohne Metallschale, gefliest.

Es ist leicht zu erkennen, dass die Möglichkeiten zur individuellen Oberflächengestaltung nahezu unbegrenzt sind. Alle diese Möglichkeiten zur Oberflächengestaltung lassen sich gleichermaßen auf alle Bauformen anwenden.

Da den Designheizflächen dasselbe Funktionsprinzip zugrunde liegt, wie den Flachheizkörpern werden trotz der möglichen, vielfältigen Formen ähnliche spezifische Leistungen erreicht. Damit haben die Designheizflächen neben der vorrangigen optischen Wirkung einen großen Nutzeffekt.

Wandheizungen: Hier ist es Ziel, eine leistungsstarke, preislich attraktive Alternative zu den heute erhältlichen Wandheizsystemen zu finden. Diese Alternativen sollen auf dem unter Funktionsprinzip basieren. Eine solcherart ausgeführte Wandheizung soll hohe Leistung mit geringer Bautiefe und leichter Montage verbinden. Die resultierende Oberfläche sollte von so hoher Qualität sein, dass nachfolgend nur noch Spachtelarbeiten notwendig sind, jedoch kein Verputzen der Wand mehr nötig ist.

Das Funktionsprinzip einer Wandheizung basiert auf dem grundsätzlich beschriebenen Aufbau der erfindungsgemäßen Heizplatten. Je nach Wärmebedarf können die Wandheizplatten mit weniger Rohr als z.B. ein nach dieser Erfindung gebauter Flachheizkörper bestückt werden. Das liegt daran, dass es sich bei der Wandheizung i.d.R. um eine mit niederen Vorlauftemperaturen betriebene Flächenheizung handelt. Zudem ist nur eine Seite der Heizplatte für die Wärmeabgabe vorgesehen. Hierbei wird pro m² Heizfläche mit relativ geringen Heizleistungen gearbeitet. Diese geringere Leistung kann mit weniger Rohrlänge in der Heizplatte auch erreicht werden.

Bezüglich der geometrischen Gestaltung haben die einzelnen Wandheizplatten eine rechteckige Grundform. Sie haben jeweils oben und unten einen Anschluß für Vor- und Rücklauf. Die Lage der Anschlüsse ist so gewählt, dass die Heizplatten auch übereinander in Reihe geschaltet werden können. Vor- und Rücklauf liegen also in der senkrechten in einer Linie. Um die Heizplatten trotz der Anschlüsse nahtlos aufeinander setzen zu können, sind die Platten im Bereich der Anschlüsse ausgespart. Die Verbindung zweier Heizplatten miteinander erfolgt über vorkonfektionierte verschraubte Rohr- oder Schlauch-Verbindungsstücke. Die einzelnen Heizplatten haben keine Vorrichtung zur Entlüftung. Daher muß die Entlüftung der Heizplatten zentral am obersten Punkt der beheizten Wandfläche erfolgen. Um eine leichte und passgenaue Montage der Wandheizelemente zu erlauben, können diese umlaufend mit einer Kante nach dem Nut- und Federprinzip versehen werden. Es können jedoch auch Heizplatten mit geraden Außenkanten eingesetzt werden.

Zur Montage werden die Wandheizplatten durch bereits bei der Herstellung eingebrachte Bohrungen auf die Idealerweise wärmegedämmte Wand gedübelt. Alternativ kann auch die Wandheizplatte selbst mit einer werksseitig angebrachten Wärmedämmung auf der Rückseite versehen werden. Die Wärmedämmung verhindert, dass zuviel Wärme von der Wandheizung auf die Wand anstatt in den beheizten Raum übergeht.

Da die Platten Idealerweise mit Nut und Feder versehen sind, sind sie sehr leicht passgenau neben- und übereinander anzuordnen. Es ist lediglich darauf zu achten, dass die dabei entstehende Heizwand exakt senkrecht steht. Wenn notwenig sind die Heizplatten bei der Montage entsprechend zu unterlegen. Heizplatten ohne Nut- und Federverbindung benötigen etwas mehr Aufwand bei der Montage, da die genau Lage der Platten zueinander manuell sichergestellt werden muß. Eventuell vorhandene Lücken zur nächsten Wand oder der Decke werden z.B. mit Gipskartonplatten geschlossen.

Bei der Montage werden die einzelnen Heizplatten über kurze verschraubte Rohr- oder Schlauchverbindungen miteinander verbunden. Die betriebsbereite Wandheizung muß auf Dichtigkeit geprüft werden. Erst danach werden die noch offen liegenden Anschlüsse und die kleinen Fugen zwischen den Heizplatten verspachtelt. Damit ist die Wand fertig und kann verputzt oder tapeziert werden.

Da die Wandheizung stets nur den Untergrund für die abschließende Oberflächengestaltung der Wand bietet, wird bezüglich der Oberflächengestaltung gänzlich auf die Blechschale verzichtet. Wird aus optischen Gründen eine Blechverschalung der Heizwand gewünscht, so kann diese ebenfalls appliziert werden. Das Ausgussmaterial hat dem Beton sehr ähnliche Eigenschaften. Es bildet einen gut haftenden Untergrund für die nachfolgenden Spachtel- oder Gipser- oder Malerarbeiten.

Hinsichtlich der Leistung kann eine Wandheizung gemäß der Erfindung durch Variieren der eingebauten Rohrlänge in der spezifischen Leistung pro m² individuell an die Bedürfnisse angepasst werden.

Fußbodenheizung: Hier ist es Ziel, gemäß dem erfindungsgemäßen Funktionsprinzip eine leistungsstarke, preislich attraktive Alternative zu den heute erhältlichen Fußbodenheizungssystemen zu finden. Eine solcherart ausgeführte Fußbodenheizung soll hohe Leistung mit geringer Aufbauhöhe und leichter Montage verbinden. Die resultierende Oberfläche sollte von so hoher Qualität sein, dass nachfolgend nur noch Spachtelarbeiten notwendig sind, jedoch kein zusätzlicher Estrich mehr notwendig ist. Dadurch ergibt sich in der Betrachtung der Gesamtkosten eines beheizten Fußbodenaufbaus eine erhebliche Einsparung.

Der konstruktive Aufbau ist nahezu identisch mit dem der Wandheizung. Beim Einsatz als Fußbodenheizung entfällt jedoch das Verdübeln. Stattdessen werden die Idealerweise mit Nut und Feder versehenen Fußbodenheizungselemente mit einem geeigneten handelsüblichen Baukleber beim Verlegen miteinander verklebt. Der Unterbau der Fußbodenheizung muß, wie bei allen anderen gängigen Trockensystemen für den Bodenaufbau auch, die üblichen Anforderungen an die Bodenebenheit und Festigkeit erfüllen.

Hinsichtlich der Leistung gelten ebenso dieselben Grundsätze wie vorbeschrieben. Beim Einsatz als Fußbodenheizung ist jedoch noch weniger Rohrlänge notwendig, da die zur Verfügung stehende Fläche größer als beim Einsatz an der Wand ist, und damit pro m² Fläche weniger Leistung erforderlich ist.

Bei einer Deckenheizung ist es Ziel, gemäß dem erfindungsgemäßen Funktionsprinzip eine leistungsstarke, preislich attraktive Alternative zu den heute erhältlichen Deckenheizungssystemen zu finden. Eine solcherart ausgeführte Deckenheizung soll hohe Leistung mit geringer Aufbauhöhe und leichter Montage verbinden. Die resultierende Oberfläche sollte von so hoher Qualität sein, dass nachfolgend nur noch Spachtelarbeiten notwendig sind.

Der konstruktive Aufbau kann identisch mit dem der Wandheizung sein. Hinsichtlich der Leistung gelten dieselben Grundsätze wie vorbeschrieben. Beim Einsatz als Deckenheizung ist jedoch ebenso wie beim Einsatz als Fußbodenheizung noch weniger Rohrlänge notwendig, da die zur Verfügung stehende Fläche größer als beim Einsatz an der Wand ist, und damit pro m² Fläche weniger Leistung erforderlich ist.

Bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Heizplatte als Sonnenkollektor ist es Ziel, relativ preiswerte und mit geringem Aufwand große beheizte Flächen herzustellen, so dass sich die umgekehrte Anwendung auch als Kollektorfläche zur Nutzung der Sonnenergie anbietet. Dabei sollen die Kollektorplatten in geneigter, möglichst in der Haupteinstrahlrichtung der Sonne ausgerichteter Lage im Freien montiert werden können. Die Kollektorplatten müssen dementsprechend große Temperaturschwankungen verkraften können.

Der konstruktive Aufbau ist prinzipiell identisch mit dem der Wandheizung. Die über die Fläche als Erwärmung aufgenommene Sonnenenergie wird über die darin verlegten Rohrleitungen zu einem herkömmlichen Solar-Wärmetauscher weitergeleitet. Als einfachste und billigste Variante genügt schon der Einsatz der Platten ohne weitere konstruktive Erweiterungen.

Um jedoch höhere Leistungen auch bei niedrigen Außentemperaturen zu erhalten, muß die Wärmeabgabe der Platten nach außen weitgehend unterbunden werden. Das wird erreicht, indem die Platten rückseitig isoliert und frontseitig mit Isolierglasscheiben verkleidet werden. Damit kann die Sonne ungehindert auf die Platten einstrahlen, die erzeugte Wärme jedoch nicht mehr nach außen entweichen.

Werden die Kollektoren zugleich als Dachfläche genutzt, ergibt sich durch den Wegfall des sonst üblichen Ziegeldachs darunter noch ein zusätzlicher Spareffekt. Bei Ausführung mit Nut und Feder, die wie bei der Wand- und Fußbodenheizung nicht zwingend erforderlich ist, ergibt sich eine in sich geschlossene uns stabile Fläche, die an den Verbindungsstellen leicht und dauerhaft abgedichtet werden kann. Lediglich die Anschlussbereiche zwischen den Solarplatten und die Randbereiche der Solarfläche bedürfen dabei noch einer separaten Abdeckung und Abdichtung nach der Montage. Die Platten können kaskadierend wie Dachziegel übereinander angeordnet werden. Damit ist die Dichtigkeit der Konstruktion selbst ohne Abdichtung bereits weitestgehend gewährleistet.

Die Leistung pro m² genutzter Dachfläche liegt prinzipiell niedriger als bei heutigen High-Tech-Solarprodukten, wie z.B. motorisch nach dem Sonnenstand ausgerichteten Vakuumröhren. Allerdings ist das Kosten/Nutzen-Verhältnis hervorragend, da die Solarplatten gemäß der Erfindung sehr preisgünstig hergestellt werden können. Sie brauchen keinerlei mechanisch bewegte oder elektrische Komponenten, die sie störanfällig machen könnten. Die Haltbarkeit dürfte damit mit der der Gebäude darunter vergleichbar sein. Durch die prinzipbedingte Speichermasse der Solarplatten wird auch noch Wärme an den Wasserkreislauf abgegeben, wenn es wechselnd bewölkt ist, und damit die Sonneneinstrahlung wechselt.

Kurzbeschreibung der Zeichnung, in der zeigen:

1 Prinzipskizze der planen Heizplatte mit eingebautem Wärmetauscher in waagrechter Ausführung.

1a Seitenansicht der Heizplatte zur Verdeutlichung der 1.

1b Ausschnitt aus der Seitenansicht zur Verdeutlichung der 1

1c Ein Segment der Heizplatte mit geschichteter Ausführung

1d Wärmetauscher

2 Prinzipskizze der planen Heizplatte mit integrierter Konvektorenfläche

2a ein senkrechter Schnitt durch die Heizplatte mit integrierter Konvektorenfläche zur Verdeutlichung der 2

2b Draufsicht der Heizplatte

2c Konvektorenflächen mit daran befestigten L-Profilen 4a

3 Draufsicht des Plattenheizkörpers Typ 22 (zwei Platten + zwei Konvektorenflächen)

3a Seitenansicht des Plattenheizkörpers Typ 22, zur Verdeutlichung von 3

4 Seitenansicht eines Plattenheizkörpers Typ 22, ohne Schalen, die Heizplatten sind aus der Wärmeleitmasse ausgegossen, die Kanten sind rundherum als Schutzabdeckung mit einem L-Profil versehen

5 Seitenansicht eines Plattenheizkörpers Typ 22 ohne Schalen, die Wärmeleitmasse ist von der Front- und von der Rückseite mit Kacheln gefliest, so dass der Heizkörper gut als Heizkörper für Feuchträume geeignet ist

6 Seitenansicht einer Heizplatte (Typ 10) mit zwei Rohrbügeln, als Badheizkörper

6a Ausschnitt aus der Seitenansicht zur Verdeutlichung der 6

7 Seitenansicht einer Heizplatte (Typ 11) mit zwei Rohrbügeln und einer Konvektorenfläche als Badheizkörper

7a Ausschnitt aus der Seitenansicht zur Verdeutlichung der 7

8 Querschnitt einer Heizplatte mit Wärmeleitmasse ausgeführt als Solarkollektor

8a ein Ausschnitt zur Verdeutlichung der 8

9 Anwendung der Heizplatten zur Fußbodenheizung (Anwendungsbeispiel)

9a Querschnitt durch Fußbodenheizung zur Verdeutlichung der 9

9b Ein Ausschnitt aus der 9a zur Verdeutlichung

10 Ein Anwendungsbeispiel für die Heizplatten als Wandheizung

11 Ein Anwendungsbeispiel für die Heizplatten als Deckenheizung

12 Eine Heizplatte mit Konvektorenfläche aus gebrannter Tonerde

12a Seitenansicht zur Verdeutlichung der 12

12b Draufsicht zur Verdeutlichung der 12

12c Ein Ausschnitt aus der 12a zur Verdeutlichung der 12a

12d Eine Heizplatte mit Konvektorenflächen aus Alu-Blech in Form eines U-Profiles

12e ein Segment der Konvektorenfläche aus Alu-Blech

Wege zur Ausführung der Erfindung:
In 1 wird eine Schale 1 aus Stahlblech mit darin eingebautem Rohrwärmetauscher 2 dargestellt. Der Zwischenraum zwischen der Schale 1 und den Wärmetauscherrohren 2 wird mit einer Wärmeleitmasse 3 befüllt, die dazu dient, die Wärme vom Rohrwärmetauscher 2 auf die Schalenfläche gleichmäßig weiter zu geben. Die Wärmeleitmasse 3 füllt die Räume zwischen den Wärmetauscherrohren 2 und der Schale 1 vollständig aus. Damit die Wärmeleitmasse 3 mit dem Rohrwärmetauscher 2 und mit der Schale 1 armiert wird, sind hier beispielhaft Z-Profile 4 (1a) vorgesehen, die einerseits mit der Schale 1 fest verbunden sind und anderseits in die Wärmeleitmasse 3 so hineinragen, dass die Verbindung zwischen der Schale 1 und der Wärmeleitmasse 3 kraftschlüssig wird.
In 1a ist ein senkrechter Schnitt durch die Heizplatte 21 dargestellt in dem die Schale 1, die Wärmeleitmasse 3 und die Z-Profile 4 die die Wärmeleitmasse 3 mit der Schale 1 armieren, zu erkennen sind, sowie auch die Rohre des Wärmetauschers 2, die mit der Wärmeleitmasse 3 armiert sind.
In 1b wird ein senkrechter Ausschnitt zur Verdeutlichung der 1 gezeigt.
In 1c ist eine Variante der Heizplatte 21 dargestellt, bei der die Wärmeleitmasse 3 in geschichteter Ausführung gezeigt wird. Die erste Schicht 3a wird als dünne Lage auf die Innenfläche der Schale 1 aufgetragen. Auf der dünnen Schicht 3a wird die Wärmeleitmasse 3 aufgetragen und als Deckschicht wird nochmals eine dünne Schicht 3a aufgetragen, auf der die Konvektorenfläche 12 aufgesetzt wird. Der Zweck der zwei dünnen Schichten ist der, dass die dünne Schicht sowohl auf die Schaleninnenfläche als auch auf der Wärmeleitmasse 3 sehr gut haftet, womit ein guter Wärmekontakt zwischen der Wärmeleitmasse 3 und zwischen der Schaleninnenfläche gesichert ist. Die Verbindungsmasse 3a hat Klebeeigenschaften und wird aus einem Granulat (Quarzsand, Kiessand, Granitsand oder ähnl.) mit einem Harz, das wasserlöslich ist, vermischt. Die so angefertigte Mischung wird auf die Schaleninnenfläche aufgetragen. Anschließend wird die Mischung bei 160-200 °C eingebrannt. Das Harz wird bei ca.120 °C flüssig und dringt in die Gitterstruktur des Stahles ein. Das gleiche geschieht mit der Konvektorenfläche 12, die auf die aufgetragene Schicht 3a aufgesetzt wird. Die Heizplatte wird bei einer Temperatur von 160-200°C erneut eingebrannt. Der Einbrennvorgang des Harzes und das Einbrennen einer meist nachfolgenden Pulverbeschichtung kann in einem einzigen Verfahrenschritt vereinigen sein.
In 1d ist der Rohrwärmetauscher 2 dargestellt. Die Erfindung sieht vor, dass der Rohrwärmetauscher 2 in Form eines Rahmens angefertigt wird, der mittels der Scheiben 5,6 und 7 und mittels der Rohrsegmente 8 und 9 miteinander verbunden wird. Zwischen die Verbindungsrohre 9 werden in paralleler Schaltung die Rohrmäander 10 eingebaut. Die Verbindung der Rohrmäander 10 mit den Rohrsegmenten 8 und 9 erfolgt mittels der Verbindungsstücke 11 durch Widerstandschweißen oder durch ein anderes geeignetes Schweißverfahren. Alternativ können die Bauteile auch durch Hartlöten, Weichlöten oder Kleben verbunden werden. Das in 1d dargestellte Konzept des Wärmetauschers ermöglicht es, zwei oder mehrere Heizplatten 21 miteinander zu verbinden.
Gemäß 2 ist eine Variante gegeben, bei der die Konvektorenfläche 12 mit einer Heizplatte 21 integriert ist. Das Anbringen der Konvektorenfläche 12 in die Schale 1 die vorher mit der Wärmeleitmasse 3 befüllt ist, wird auf die Weise erfolgen, dass die L-Profile 4a die vorher mit der Konvektorenfläche 12 durch Punktschweißen oder durch das Verkleben fest verbunden wurden, in die zähe Wärmeleitmasse 3 eingetaucht werden, so tief bis die Konvektorenfläche 12 die Wärmeleitmasse 3 berührt. Es ist zweckmäßig, dass die Konvektorenfläche ca. 1-2 mm tief in die Wärmeleitmasse 3 eindringt. Nach dem Erstarren der Wärmeleitmasse 3 kommt es zur Armierung der Konvektorenfläche 12 mit der Wärmeleitmasse 3. Dadurch ist zwischen der Konvektorenfläche und der Wärmeleitmasse 3 ein dauerhaft sehr guter Wärmekontakt sichergestellt.
In 2a ist die Seitenansicht der Heizplatte 21 mit integrierten Konvektorenfläche 12 dargestellt. In 2b ist die Draufsicht der 2 dargestellt. In 2c ist die Konvektorenfläche 12 mit daran befestigten L-Profilen 4a dargestellt In 3 wird eine Variante gezeigt, in der zwei Heizplatten 21 mit Konvektorenflächen 12 mittels der Heizkörperanschlüsse 13 zu einem Heizkörper ähnl. Typ 22 zusammengebaut sind. In 3a ist die Seitenansicht vom Typ 22 dargestellt.
In 4 wird ein Heizkörper Typ 22, bestehend aus zwei Heizplatten 21 ohne Blechschalen dargestellt, wobei die beiden Heizplatten 21 aus einer Gussmasse ausgegossen sind. Weiterhin besteht der Heizkörper aus zwei Konvektorenflächen 12, aus einem Rahmen 13a, angefertigt aus einem L-Profil 13a das die Heizplatte 21 rundherum umschließt. Der Rahmen 13a kann aus Stahlblech, aus rostfreiem Stahl oder auch aus Aluminium-Profil angefertigt werden. Aus optischen Gründen sind auch Rahmen aus Edelholz machbar. Die Heizplatten 21 und der Rahmen 13a (außer der aus Holz) werden pulverbeschichtet. Als Ausgussmasse kann Beton, Estrich, Harz oder eine anderer Werkstoff eingesetzt werden.
In 5 wird ein Heizkörper Typ 22 dargestellt, bei dem die Front und die Hinterseite des Heizkörpers mit Kacheln 14 gefliest sind. Die Heizplatten 21 werden im Sinne dieser Erfindung aus einer Wärmeleitmasse angefertigt.
In 6 wird eine Heizplatte ähnl. Typ 10 (eine Platte und keine Konvektorenfläche) als Badheizkörper gezeigt. An der Heizplatte 21 sind die Bügelrohre 15 zum Einsatz als Handtuchtrockner befestigt. In 6a ist ein Ausschnitt aus der Heizplatte 21 zur Verdeutlichung der 6, dargestellt.
In 7 ist die Heizplatte 21 mit zusätzlicher Konvektorenfläche 12 als Badheizkörper dargestellt. An der Heizplatte 21 sind die Bügelrohre 15 zum Einsatz als Handtuchtrockner befestigt. In 7a ist ein Ausschnitt aus der Heizplatte zur Verdeutlichung der 7, dargestellt.
In 8 ist eine Variante der Heizplatte 21 aus Wärmeleitmasse 3 und Rohrwärmetauscher 2 als Solarkollektor dargestellt. Auf der Innenfläche der Schale 16 ist eine Isolierschicht 17 aufgetragen (Polyurethanschaum, Glaswollmatte oder ähnl.). Auf dem Isolierstoff 17 ist die Heizplatte 21, angeklebt. Die Heizplatte ist so geformt, dass rundherum am Rande der Heizplatte eine Erhebung ca. 10 mm hoch und ca. 10 mm breit vorgesehen ist, auf der die Glasscheibe 18 liegt. Die Glasscheibe 18 ist mit der Schale 16 mittels eines Stahl- oder Aluminiumrahmens 19, der aus L-Profil angefertigt ist, kraftschlüssig verbunden. Der Vorteil bei dieser Lösung ist, dass die Sonnenenergie durch die Wärmeleitmasse 3 aufgenommen wird. Die Wärme wird dann über den ganzen Umfang des Rohres 2 auf das durch das Rohr strömende Fluid übertragen. Zwischen Rahmen 19 und Glasscheibe 18 ist ein Filzband 20 gelegt, das die Aufgabe hat die Temperaturausdehnungsdifferenzen zwischen der Glasscheibe 18 und des Metalls 19 zu kompensieren. Dasselbe gilt für die Wärmeleitmasse 3 und die Glasscheibe 18. In 8a ist ein Ausschnitt aus dem Sonnenkollektor, zur Verdeutlichung der 8, dargestellt.
In 9 wird eine Variante gezeigt, in der die Heizplatten 21 für die Fußbodenheizung genutzt werden, auf die Weise, dass der Wärmetauscher 2 in die Wärmeleitmasse eingegossen wird, wobei als Wärmeleitmasse Estrich oder Beton genutzt werden. An einer Seite der Heizplatte 21 ist ein Isolierstoff 17 angeklebt (Styrodur oder Polyurethanschaum). Die Heizplatten 21 haben jeweils einen Anschluss für Vor- und Rücklauf, die an das Verteiler- 23 und Sammelrohr 24 mittels Schneidringverschraubungen 25 angeschlossen werden. Die Anschlüsse mit den Schneidringverschraubungen 25 werden mittels eines Deckels 25 abgedeckt, so dass die Oberkante des Deckels 25 in einer Ebene mit der Heizplatte 21 liegt.
Gemäß der Ausführung, braucht man keinen Estrich auf die Heizplatte 21 zu verlegen. Die Heizplatte 21 übernimmt die Rolle des Trockenestrichs, worauf man anschließend den Wunschbelag verlegt. Das dargestellte Konzept bietet ausgezeichnete Möglichkeit mit wesentlich niedrigerer Vorlauftemperatur als üblich, zu fahren, was für die Wärmepumpenheizung sehr große Vorteile hinsichtlich der elektrischen Energieeinsparung bringt. In 9a und 9b ist ein Schnitt durch die Heizplatten 21 zur Verdeutlichung der 9 gegeben.
In 10 wird eine Variante gezeigt, bei der die Heizplatten 21 als Wandheizung genutzt werden, auf die Weise, dass die Heizplatten 21 in senkrechter Anordnung an der Wand 26 befestigt werden. Die Anschlüsse werden mittels eines L-Profils 27 an der Wand verdeckt. Bei dieser Lösung einer Wandheizung braucht man keinen Verputz auf der Wand. An der Hinterseite der Heizplatten 21 ist eine Isolierschicht 17 angeklebt um die Wärmeverluste der Heizplatten 21 zu reduzieren.
11 zeigt Heizplatten 21 gemäß der Erfindung, die als Deckenheizung eingesetzt werden. Die Heizplatten 21 werden hier mittels der Träger 29 an der Decke befestigt. Auf der Seite der Heizplatte 21, die zur Decke gewandt ist, wird ein Isolierstoff 17 angeklebt um die Wärmeabgabe zur Decke hin zu reduzieren.
In 12 ist eine Variante dargestellt, bei der die Konvektorenflächen 12 nicht aus Stahl sondern aus gebrannter Tonerde angefertigt werden, auf die Weise, dass sie in einem separatem Werkzeug geformt und anschließend bei ca. 1000 °C gebrannt werden. Um die gleiche Effizienz bezüglich der Wärmeübertragung wie bei Stahl zu erreichen, müssen die Abmessungen der Konvektorenflächen 12, bei einem Heizkörper mit 600 mm Höhe, wie folgt dimensioniert sein: Höhe der Konvektorenfläche 34 mm, Länge der Konvektorenfläche 550 mm und Dicke der Konvektorenfläche 5 mm in der Wurzel, am Ende 2-3 mm.
Die Abmessungen entsprechen damit den Konvektorenflächen aus Stahl für einen Heizkörper Typ 11, 21 oder 31 mit der Bauhöhe 600 mm. Der Zwischenabstand der Konvektorenflächen muss 8-15 mm betragen.
Diese Variante der Erfindung gemäß 12, lässt zu, die Wärmeleitmasse 3 aus einem Baustoff (wie Beton, Estrich oder Kunst-Marmor) vorzusehen ohne Schale 1 und mit den Konvektorenflächen 12 aus gebrannter Tonerde. Diese Variante bietet große Kostenvorteile.
In 12d wird eine Variante gezeigt, bei der die Konvektorenflächen 12 aus Segmenten 12a angefertigt werden, deren Grundform ein U-Profil ist. Hinsichtlich der erreichbaren Leistung ist die Anfertigung aus Aluminium-Blech am sinnvollsten, da Aluminium eine außerordentlich gute Wärmeleitfähigkeit hat. Zudem kann das Gewicht des Heizkörpers dadurch verringert werden. Die Lackierung oder/und Pulverbeschichtung zum Korrosionsschutz wird damit ebenfalls hinfällig.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Heiz- oder Kühlplatte (21) mit einem Rohrwärmetauscher (2) oder einem Heiz- oder Kühlkörper, Wärmetauscher (2), dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (2) in eine Gussform eingelegt wird, in die eine Wärmeleitmasse (3) eingegossen wird, welche die Zwischenräume vollständig ausfüllt, wonach nach dem Erstarren der Wärmeleitmasse (3) der Wärmetauscher (2) von der Wärmeleitmasse (3) umschlossen wird und die Wärmeleitmasse an der Oberfläche des Wärmetauschers anhaftet und die erstarrte Wärmeleitmasse (3) nach der Entnahme aus der Gussform zusammen mit dem Wärmetauscher (2) die Heiz- oder Kühlplatte (21) bildet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Gussform eine verbleibende Schale (1) aus Stahl- oder Aluminiumblech benutzt wird, in welche der Wärmetauscher (2) eingelegt und die Wärmeleitmasse (3) eingegossen wird, wonach nach dem Erstarren der Wärmeleitmasse (3) diese gleichermaßen an der Schaleninnenfläche haftet und somit Schale, Wärmeleitmasse (3) und Wärmetauscher (2) eine kompakte und kraftschlüssige Einheit bilden, wobei die Schalenaußenfläche wenigstens teilweise die Sichtfläche der Heiz- oder Kühlplatte (21) bildet.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gussform oder die Schale zusätzlich mit einer Armierung versehen wird, welche vor dem Ausgießen in die Gussform oder die Schale eingebracht wird, so dass nach dem Eingießen der Wärmeleitmasse (3) in die Gussform oder Schale und Erstarren die Wärmeleitmasse (3) armiert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Armierung Profilkörper, wie Z-, L-, oder C-Profile (4), verwendet werden, welche bei Verwendung innerhalb einer Schale in dieselbe eingeschweißt oder eingeklebt oder kraft- und/oder formschlüssig in dieselbe eingelegt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf die noch nicht erstarrte Wärmeleitmasse (3) Konvektorenflächen (12) des Wärmetauschers (2) mit an demselben seitlich angebrachten, angeschweißten oder angeklebten oder wenigstens auf eine Hauptfläche Einbauten, wie L-Profile (4a), aufgesetzt werden, welche in die Wärmeleitmasse (3) eintauchen, wodurch nach dem Erstarren der Wärmeleitmasse (3) die Einbauten damit armiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Konvektorflächen des Wärmetauschers (2) Segmente (12a) in Form von U-Profilen (12a) verwendet werden, welche einzelne Konvektoren bilden, welche auf die noch nicht erstarrte Wärmeleitmasse aufgesetzt werden, dergestalt, dass die Schenkel der U-Profile (12a) in die Wärmeleitmasse (3) eintauchen.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Heiz- oder Kühlplatten (21), mit oder ohne zusätzliche Konvektorflächen, mittels Verbindungsmittel, wie ein T-Stück (13), miteinander verbunden werden, wodurch ein kompakter Plattenverbund ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass organische oder nichtorganische Stoffe oder Stoffgemische, welche gut wärmeleitend und wärmespeichernd sind, als Wärmeleitmasse und/oder als Füll- oder Zuschlagsstoffe, verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmeleitmasse (3) ein fließfähiger, aushärtbarer Kunst-Marmor, oder Beton, Estrich, Harz, gebrannte Tonerde, Basaltkies, ein Granulat, wie zum Beispiel aus Lavasteinen, oder Keramik, oder Mischungen der vorgenannten Stoffe, mit oder ohne Füll- oder Zuschlagsstoffe, oder eine Mischung aus Magnesiumverbindungen, vorzugsweise gemischt mit Granulaten Verwendung findet.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Granulat Quarzsand, oder Marmor, oder Kieselsand, oder Basaltkies, Granulat aus Lavasteinen, oder Granit, oder Mischungen hiervon, gegebenenfalls mit weiteren Werkstoffe, vorzugsweise Mineralien, verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmeleitmasse (3) oder als Binder innerhalb derselben zwei Komponenten eingesetzt werden, nämlich Magnesiumchlorid (MgCl₂) oder MgSO₄ in flüssiger oder in fester Form und Magnesiumoxid als Granulat, so dass als Ergebnis eine chemisch alkalische bis neutrale Masse erhalten wird, welche nach dem Aushärten eine hohe Festigkeit und geringe Neigung zur Rissbildung sowie geringe Korrosionsneigung aufweist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche unter Verwendung eines Kunstharz-Sand-Gemisches als Wärmeleitmasse (3), dadurch gekennzeichnet, dass eine Mischung aus Phenol-Formaldehydharz (Novolak) in Pulverform mit der Beimenge von 6 bis 10% Hexamethyltetramin in Pulverform verwendet wird, wobei gegebenenfalls dieser Mischung als weitere Komponente eine flüssige Methanollösung aus Formaldehydharz in Resol-Form zugegeben wird, wonach die Komponenten im Verhältnis 5-8% als Bindemittel mit der Wärmeleitmasse (3), wie Quarzsand, Marmor, Kieselsand, Granit und andere Mineralien, vermischt, die Mischung verdichtet und bei einer vorgegebenen Temperatur im Ofen gesintert oder gebrannt wird, zum Beispiel bei 200 Grad Celsius (°C) bis 400 Grad Celsius (°C).
Verfahren nach Anspruch 1 unter Verwendung einer Gussmasse aus gebrannter Tonerde als Wärmeleitmasse (3), dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (2) in die Wärmeleitmasse (3) aus Tonerde eingepresst wird, wonach die Konvektorenflächen (12) des Wärmetauschers (2) aus Tonerde geformt und in vorbestimmten Abständen als Frischmaterial auf die Wärmeleitmasse (3) aus Tonerde aufgesetzt werden, wonach die Wärmeleitmasse (3) und die Konvektorenflächen (12) werden gemeinsam in einem Ofen bei einer vorgegebenen Temperatur gesintert oder gebrannt werden, wodurch eine keramische Heiz- oder Kühlplatte (21) als kompakte Einheit zusammen mit der Konvektorenfläche (12) ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 unter Verwendung einer Gussmasse aus gebrannter Tonerde als Wärmeleitmasse (3), dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt die Konvektorenfläche (12) aus Tonerde oder einem anderen brennfähigen Baustoff als Segmente gebrannt werden, anschließend in einem zweiten Schritt der Wärmetauscher (2) in die Wärmeleitmasse (3) aus Tonerde eingepresst wird und die Segmente auf den Wärmetauscher (2) in die Wärmeleitmasse (3) eingepresst und mit der Wärmeleitmasse (3) zusammen gebrannt werden, wonach die Wärmeleitmasse (3) mit der Konvektorenfläche (12) einen festen Verbund ausbildet.
Heiz- oder Kühlplatte mit einem Rohrwärmetauscher (2) oder einem Heiz- oder Kühlkörper, Wärmetauscher (2), dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (2) in eine Wärmeleitmasse (3) eingegossen ist, die denselben wenigstens teilweise, vorzugsweise vollständig, umschließt und die Wärmeleitmasse an der Oberfläche des Wärmetauschers anhaftet und die Wärmeleitmasse (3) zusammen mit dem Wärmetauscher (2) die Heiz- oder Kühlplatte (21) bildet.
Heiz- oder Kühlplatte nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass dieselbe wenigstens teilweise von einer Schale (1) aus Stahl- oder Aluminiumblech ummantelt ist, in welche der Wärmetauscher (2) eingelegt und die Wärmeleitmasse (3) eingegossen ist, wobei die Wärmeleitmasse (3) gleichermaßen an der Schaleninnenfläche haftet und Schale, Wärmeleitmasse (3) und Wärmetauscher (2) eine kompakte, kraftschlüssige Einheit bilden, und die Schalenaußenfläche wenigstens teilweise die Sichtfläche der Heiz- oder Kühlplatte bildet.
Heiz- oder Kühlplatte nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass dieselbe zusätzlich mit einer Armierung versehen ist, welche vor dem Gießen der Wärmeleitmasse (3) in eine Gussform oder die Schale eingebracht worden ist.
Heiz- oder Kühlplatte nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Armierung Profilkörper, wie Z-, L-, oder C-Profile (4), sind, welche bei Verwendung innerhalb einer Schale in dieselbe eingeschweißt oder eingeklebt oder kraft- und/oder formschlüssig in dieselbe eingelegt sind.
Heiz- oder Kühlplatte nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (2) seitlich angebrachte, angeschweißte oder angeklebte oder wenigstens auf einer Hauptfläche Einbauten, wie L-Profile (4a), aufweist, welche Konvektorenflächen (12) bilden, welche in die Wärmeleitmasse (3) eintauchen und somit die Einbauten armieren.
Heiz- oder Kühlplatte nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Konvektorflächen des Wärmetauschers (2) Segmente (12a) in Form von U-Profilen (12a) sind, welche einzelne Konvektoren bilden, wobei die Schenkel der U-Profile (12a) in die Wärmeleitmasse (3) eintauchen.
Heiz- oder Kühlplatte nach einem der vorherigen Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Heiz- oder Kühlplatten (21), mit oder ohne zusätzliche Konvektorflächen, mittels Verbindungsmittel, wie ein T-Stück (13), miteinander verbunden sind zur Herstellung eines kompakten Plattenverbundes.
Heiz- oder Kühlplatte nach einem der vorherigen Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitmasse und/oder die Füll- oder Zuschlagsstoffe organische oder nichtorganische Stoffe oder Stoffgemische sind, welche gut wärmeleitend und wärmespeichernd sind.
Heiz- oder Kühlplatte nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass dass die Wärmeleitmasse (3) ein fließfähiger und aushärtbarer Kunst-Marmor, oder Beton, oder Estrich oder Harz, oder gebrannte Tonerde, oder Basaltkies, oder ein Granulat, wie zum Beispiel aus Lavasteinen, oder Keramik, oder Mischungen der vorgenannten Stoffe, mit oder ohne Füll- oder Zuschlagsstoffe, oder eine Mischung aus Magnesiumverbindungen, vorzugsweise gemischt mit Granulaten ist.
Heiz- oder Kühlplatte nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass dass das Granulat Quarzsand, oder Marmor, oder Kieselsand, oder Basaltkies, oder Granulat aus Lavasteinen, oder Granit, oder Mischungen hiervon, gegebenenfalls mit weiteren Werkstoffe, vorzugsweise Mineralien, ist.
Heiz- oder Kühlplatte nach einem der vorherigen Ansprüche 15 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitmasse (3) oder ein Binder innerhalb derselben aus zwei Komponenten besteht, nämlich aus Magnesiumchlorid (MgCl₂) oder MgSO₄ in flüssiger oder in fester Form und Magnesiumoxid als Granulat, wobei die erhaltene Wärmeleitmasse (3) eine chemisch alkalische bis neutrale Masse ist.
Heiz- oder Kühlplatte nach einem der Ansprüche 15 bis 25, mit einem Kunstharz-Sand-Gemisches als Wärmeleitmasse (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitmasse aus einer Mischung aus Phenol-Formaldehydharz (Novolak) in Pulverform mit der Beimenge von 6 bis 10% Hexamethyltetramin in Pulverform besteht, wobei gegebenenfalls in dieser Mischung als weitere Komponente eine flüssige Methanollösung aus Formaldehydharz in Resol-Form enthalten ist, wobei die Komponenten im Verhältnis 5-8% als Bindemittel mit der Wärmeleitmasse (3), wie Quarzsand, Marmor, Kieselsand, Granit und andere Mineralien, vermischt sind und die Mischung gesintert oder gebrannt ist.
Heiz- oder Kühlplatte nach Anspruch 15, mit einer Gussmasse aus gebrannter Tonerde als Wärmeleitmasse (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Konvektorenflächen (12) des Wärmetauschers (2) aus Tonerde geformt und in vorbestimmten Abständen auf die Wärmeleitmasse (3) aus Tonerde aufgesetzt und zur Herstellung einer keramischen Heiz- oder Kühlplatte (21) die Wärmeleitmasse (3) zusammen mit den Konvektorenflächen (12) gesintert oder gebrannt sind.
Heiz- oder Kühlplatte nach einem der Ansprüche 15 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass dieselbe wenigstens frontseitig, gegebenenfalls auch rückseitig, mit Kacheln (14) gefliest ist.
Heiz- oder Kühlplatte nach einem der Ansprüche 15 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass dieselbe ein Sonnenkollektor ist, wobei auf die Rückseite der Heiz- oder Kühlplatte eine Isolierschicht (17) aufgebracht ist und am Rand der Heiz- oder Kühlplatte frontseitig rings umlaufend eine Erhebung angeordnet ist, auf der sich eine Glasscheibe des Sonnenkollektors abstützt.
Heiz- oder Kühlplatte nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Heiz- oder Kühlplatte in einer Schale (16) sitzt und mittels eines Rahmens, vorzugsweise ein L-Profil (19), innerhalb der Schale (16) gesichert ist.
Heiz- oder Kühlplatte nach einem der Ansprüche 15 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass dieselbe eine Fußbodenheiz- oder kühlplatte ist, wobei auf die Rückseite der Heiz- oder Kühlplatte eine Isolierschicht (17) aufgebracht ist.
Verwendung einer Heiz- oder Kühlplatte nach den Ansprüchen 15 bis 28 als Fußbodenheizung, wobei auf die Heiz- oder Kühlplatte (21) fußbodenseitig eine Isolierschicht, vorzugsweise aus Beton, Estrich, aufgebracht ist und bei der Verlegung zwischen zwei Plattenreihen jeweils ein Leitungskanal ausgebildet ist zur Aufnahme von Vor- (23) und Rücklaufleitungen (24).
Verwendung einer Heiz- oder Kühlplatte nach den Ansprüchen 15 bis 28 als Wand- oder Deckenheizung, wobei auf die Heiz- oder Kühlplatte (21) wand- oder deckenseitig eine Isolierschicht aufgebracht ist.
Verwendung einer Heiz- oder Kühlplatte nach den Ansprüchen 15 bis 33 als Kühlkörper, wobei der Wärmetauscher der Heiz- oder Kühlplatte, statt von einem erwärmten Fluid, von einem gekühlten Fluid durchflossen wird.