DE102010016353B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Kapillarrohrmatte - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zur Herstellung einer Kapillarrohrmatte für Flächenheiz- und Kühlsysteme, bestehend aus einer Vielzahl von parallel angeordneten, an den beiden Enden jeweils an die in einem Stammrohr (7) ausgebildeten Durchgangsbohrungen (6) anschließenden, mit dem Stammrohr verschweißten Kapillarrohren (5), wobei die Kapillarrohrmatte einen sich von der Innenfläche des Stammrohres (7) über die jeweilige Durchgangsbohrung (6) zur Innenwand des Kapillarrohres (5) erstreckenden, sich verjüngenden, konvex gewölbten Übergangsbereich (14) aufweist, wobei die Vorrichtung eine absenkbare Heizvorrichtung (1) zum Erwärmen der Bohrungsbereiche des Stammrohres (7) und der Kapillarrohrenden, die Kapillarrohrenden umfassende Formbacken (8) sowie eine im Stammrohr (7) fixierbare Nadelleiste (9) mit von deren an der Stammrohrinnenwand anliegender Anlagefläche (10) abstrebenden, die Durchgangsbohrungen durchgreifenden Nadeln umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Nadeln als Formnadeln (11) mit einem sich zur Anlagefläche (10) hin allmählich erweiternden, konkav gewölbten Nadelfuß (12) ausgebildet sind, der in dem beim Schweißvorgang erforderlichen erwärmtem Zustand des Stammrohrs den Übergangsbereich (14) vom Stammrohr (7) bis in die Durchgangsbohrungen (6) entsprechend der Form des Nadelfußes (12) plastisch ausformt, wobei die Nadelleiste (9) mithilfe einer Halteleiste (13) im Stammrohr (7) fixierbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Kapillarrohrmatte für Flächenheiz- und Kühlsysteme, bestehend aus einer Vielzahl parallel angeordneter, an den beiden Enden jeweils in ein Stammrohr mündender Kapillarrohre, sowie eine Vorrichtung zur Herstellung der aus Kunststoff bestehenden Kapillarrohrmatten in einem Schweißprozess.
  • Kapillarrohrmatten bestehen aus zwei als Vorlauf- bzw. Rücklaufleitung dienenden Stammrohren, die durch eine Vielzahl von in geringem Abstand parallel zueinander angeordneten Kapillarrohren miteinander verbunden sind. Sie werden in Decken, Wänden oder Böden verlegt und fungieren in Abhängigkeit von der Temperatur des durch die Kapillarrohre strömenden Mediums als Flächentemperierungssystem zum Heizen oder Kühlen von Raumoberflächen. Die Herstellung der Verbindung zwischen den Kapillarrohren und den mit einer Vielzahl von Durchgangsbohrungen ausgebildeten Stammrohren erfolgt derart, dass die in einer zueinander ausgerichteten Position angeordneten Kapillarrohre und ein Stammrohr im beiderseitigen Verbindungsbereich mithilfe eines langgestreckten elektrischen Heizstrahlers (Infrarotstrahlers) gleichzeitig örtlich erwärmt und nach Entfernen des Heizstrahlers die Stirnseiten der Kapillarrohre an den zugehörigen Bohrungsbereich des Stammrohres gedrückt und miteinander verschweißt werden.
  • Bei einem aus der DE 197 25 326 C2 bekannten Verfahren zur Herstellung von Kapillarrohrmatten werden die Enden der Kapillarrohre vor dem Verschweißen so erwärmt, dass sich deren Innendurchmesser erweitert, um eine Verringerung des Leitungsquerschnitts beim Verschweißen zu verhindern. Gemäß der DE 10 2006 061 995 A1 wird diese Erweiterung dadurch erzeugt, dass in den Übergangsbereich der Kapillarrohre beim Andrücken an das mit Bohrungen versehene Stammrohr mittels einer außen anliegenden Matrize eine bestimmte Außenkontur erzeugt wird.
  • Die bekannten Kapillarrohrmatten sind insofern nachteilig, als im Übergangsbereich zwischen dem Stammrohr und den Kapillarrohren erhebliche Strömungsverluste und Druckverluste auftreten, die zu einer Verringerung der Heiz- oder Kühlleistung führen.
  • Aus der DE 30 27 087 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Spritzgießen einer Kunststoffleitung an eine Vielzahl nebeneinander liegender hohler Bauteile bekannt. Dabei werden nebeneinander angeordneten Finger eines Formkerns in die Enden von nebeneinander angeordneten dünnen Rohrleitungen eingeführt und anschließend wird in einem Spritzgießverfahren eine an die dünnen Rohrleitungen anzuschließende Halbschale eines Stammrohrs mit einem die Enden der dünnen Rohrleitungen umschließenden Anschlussstutzen ausgeformt. Anschließend wird die zweite Halbschale des Stammrohrs angeformt.
  • In der DE 10 2007 036 749 B4 ist ein Solarkollektor zur Brauchwassererwärmung beschrieben, dessen Verteilerrohrstrang einen bei dessen Extrusion integral ausgeformten Anschlussstutzen umfasst. Kollektorrohre werden auf die Anschlussstutzen aufgesteckt.
  • DE 103 09 695 B4 beschreibt ein Formwerkzeug zur Herstellung von Kapillarrohrmatten, das einen zapfenförmigen Bereich aufweist, der zu einer lagerichtigen Positionierung von zuvor an ihren Enden erwärmten Kapillarrohren an ein Stammrohr während eines anschließenden Schweißvorgangs dient. Der zapfenförmige Bereich dient der Aufrechterhaltung der ursprünglichen Form des erwärmten und mit dem Sammelrohr verschweißten Kapillarrohrendes, und zwar mit dem Nachteil, dass im Übergangsbereich vom Stammrohr in das Kapillarrohr Strömungsverluste und Druckverluste auftreten und dadurch die Heiz- oder Kühlleistung der Kapillarrohrmatte nicht optimal ist.
  • US 5 958 172 A beschreibt ein Verfahren zur Ausbildung eines verzweigten Rohrs. Dazu wird eine Wand eines Stammrohrs mit einem Loch versehen und dann zu einem Stutzen ausgeformt. Anschließend wird der Stutzen mit einem weiteren Rohr verschmolzen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Kapillarrohrmatte mit verbesserter Heiz- oder Kühlleistung und eine Vorrichtung zur Herstellung einer derartigen Kapillarrohrmatte anzugeben.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einer gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 ausgebildeten Vorrichtung zur Herstellung einer Kapillarrohrmatte und einem Verfahren zur Herstellung der Kapillarrohrmatte gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 3 gelöst.
  • Der Grundgedanke der Vorrichtung und des Verfahrens besteht in der Ausbildung einer Kapillarrohrmatte mit einem strömungsgünstigen Übergangsbereich vom Stammrohr in die Durchgangsbohrungen und die Kapillarrohre oder umgekehrt, und zwar durch einen sich von der Innenfläche des Stammrohres bis in die Durchgangsbohrung erstreckenden, sich verjüngenden Übergangsbereich. Der Übergangsbereich weist eine strömungstechnisch besonders vorteilhafte konvex gewölbte Form auf.
  • Die konvex gewölbte Form läuft vorzugsweise zur gegenüberliegenden Seite der Durchgangsbohrung gerade oder sich konisch verjüngend aus.
  • Aufgrund der strömungsgünstigen Gestaltung des Übergangsbereichs von dem als Vorlauf fungierenden Stammrohr in die Kapillarrohre und von den Kapillarrohren in das als Rücklauf fungierende Stammrohr werden die Strömungs- und Druckverluste beim Durchströmen der Kapillarrohrmatte reduziert, so dass die Kühl- bzw. Heizleistung der so ausgebildeten Kapillarrohrmatten deutlich verbessert werden kann.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung einer Kapillarrohrmatte mit dem erfindungsgemäß ausgebildeten Übergangsbereich sieht vor, dass eine im Stammrohr fixierte Nadelleiste von deren die Rohrwand kontaktierenden Anlagefläche abstrebende, die Durchgangsbohrungen durchgreifende Formnadeln mit einem sich zur Anlagefläche hin allmählich erweiternden Nadelfuß umfasst, der in mittels der Heizvorrichtung erwärmtem Zustand des Stammrohres den strömungsgünstigen Übergangsbereich vom Stammrohr bis in die Durchgangsbohrungen entsprechend der Form des Nadelfußes plastisch ausformt.
  • Der Nadelfuß weist eine konkav gewölbte Form auf, wobei die Formnadeln ausgehend vom Nadelfuß gerade oder sich konisch verjüngend in die Kapillarrohre auslaufen können.
  • Die Nadelleiste ist mithilfe einer Halteleiste im Stammrohr fixierbar.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
    • 1 eine Heizvorrichtung einer Anlage zur Herstellung von aus Kunststoff bestehenden Kapillarrohrmatten während der Erwärmung eines Stammrohres und der mit diesem zu verbindenden Kapillarrohre;
    • 2 eine Kapillarrohrmatte zum Zeitpunkt der Herstellung der Verbindung zwischen den Kapillarrohren und einem der Stammrohre; und
    • 3 eine Detaildarstellung nach 2.
  • Die in 1 schematisch dargestellte Heizvorrichtung 1 weist in einem mit Kühlkörpern 2 ausgebildeten Gehäuse 3 angeordnete, seitlich nach außen strahlende Heizstrahler 4 zur Erwärmung des stirnseitigen Bereichs der Kapillarrohre 5 und eines in Höhe der Durchgangsbohrungen 6 des Stammrohres 7 liegenden Bereichs auf. Während die Enden der Kapillarrohre 5 zur lagerichtigen Positionierung während des Heizvorgangs und des anschließenden Schweißvorgangs in Formbacken 8 gehalten sind, befindet sich in dem Stammrohr 7 eine Nadelleiste 9 mit von deren der Rohrwand zugewandter Anlagefläche 10 abstrebenden Formnadeln 11. Die im Querschnitt kreisförmigen Formnadeln 11 weisen einen zur Anlagefläche 10 hin konkav gewölbten Nadelfuß 12 auf. Das heißt, in einem an die Anlagefläche 10 angrenzenden Bereich wird der Durchmesser der Formnadeln 11 allmählich größer. Die Nadelleiste 9 ist so in dem Stammrohr 7 positioniert, dass sich die Formnadeln 11 durch die im Stammrohr 7 ausgebildeten Durchgangsbohrungen 6 erstrecken. Die Formnadeln 11 werden mithilfe einer Halteleiste 13 in die Durchgangsbohrungen 6 gedrückt. Dabei wird die jeweilige Durchgangsbohrung 6 aufgrund des konkav gewölbten, verdickten Nadelfußes 12 elastisch verformt. Während der Erwärmung des Stammrohres 7 im Bereich der Durchgangsbohrungen 6 durch den Heizstrahler 4 wird die Durchgangsbohrung 6 entsprechend der gewölbten Form des Nadelfußes 12 plastisch verformt. Nach dem Erwärmen der Kapillarrohre 5 und des Stammrohres 6 und dem Absenken der Heizvorrichtung 1 werden die Kapillarrohre 5 auf die aus den Durchgangsbohrungen 6 des Stammrohres 7 ragenden Formnadeln 11 geschoben und an das Stammrohr 6 gedrückt. Während des dabei erfolgenden Verschweißens verhindert die Innenkontur der Formbacken 8 eine äußere Verformung der Kapillarrohre 5, und die Beibehaltung der Innenkontur ist durch die Formnadeln 11 gewährleistet. Nach dem Herausziehen der Halteleiste 13 wird die Nadelleiste 9 entfernt. Ein Verklemmen der Formnadeln 11 in den Durchgangsbohrungen 6 ist dabei aufgrund des konkav geformten Nadelfußes 12 und einer an den Nadelfuß anschließenden, geraden - oder sich gegebenenfalls verjüngenden - Nadelform nicht zu befürchten. Besonders vorteilhaft ist jedoch der durch die Formnadel erzielte konvex gewölbte Übergangsbereich 14 von der Innenwand des Stammrohres 6 zur Innenwand des Kapillarrohres 5, durch den die Strömungsbedingungen in diesem sensiblen Bereich wesentlich verbessert und somit die Leistungsverluste im Heiz- oder Kühlbetrieb gegenüber herkömmlich ausgebildeten Kapillarrohrmatten deutlich verringert werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Heizvorrichtung
    2
    Kühlkörper
    3
    Gehäuse
    4
    Heizstrahler
    5
    Kapillarrohr
    6
    Durchgangsbohrung
    7
    Stammrohr (Vorlauf- oder Rücklaufrohr
    8
    Formbacken
    9
    Nadelleiste
    10
    Anlagefläche von 9
    11
    Formnadeln von 9
    12
    Nadelfuß
    13
    Halteleiste
    14
    Übergangsbereich

Claims (3)

  1. Vorrichtung zur Herstellung einer Kapillarrohrmatte für Flächenheiz- und Kühlsysteme, bestehend aus einer Vielzahl von parallel angeordneten, an den beiden Enden jeweils an die in einem Stammrohr (7) ausgebildeten Durchgangsbohrungen (6) anschließenden, mit dem Stammrohr verschweißten Kapillarrohren (5), wobei die Kapillarrohrmatte einen sich von der Innenfläche des Stammrohres (7) über die jeweilige Durchgangsbohrung (6) zur Innenwand des Kapillarrohres (5) erstreckenden, sich verjüngenden, konvex gewölbten Übergangsbereich (14) aufweist, wobei die Vorrichtung eine absenkbare Heizvorrichtung (1) zum Erwärmen der Bohrungsbereiche des Stammrohres (7) und der Kapillarrohrenden, die Kapillarrohrenden umfassende Formbacken (8) sowie eine im Stammrohr (7) fixierbare Nadelleiste (9) mit von deren an der Stammrohrinnenwand anliegender Anlagefläche (10) abstrebenden, die Durchgangsbohrungen durchgreifenden Nadeln umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Nadeln als Formnadeln (11) mit einem sich zur Anlagefläche (10) hin allmählich erweiternden, konkav gewölbten Nadelfuß (12) ausgebildet sind, der in dem beim Schweißvorgang erforderlichen erwärmtem Zustand des Stammrohrs den Übergangsbereich (14) vom Stammrohr (7) bis in die Durchgangsbohrungen (6) entsprechend der Form des Nadelfußes (12) plastisch ausformt, wobei die Nadelleiste (9) mithilfe einer Halteleiste (13) im Stammrohr (7) fixierbar ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Formnadeln (11) ausgehend vom konkav gewölbten Nadelfuß (12) gerade oder sich konisch verjüngend auslaufen.
  3. Verfahren zur Herstellung einer Kapillarrohrmatte, aufweisend die Schritte in der angegebenen Reihenfolge: - Bereitstellen einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, - Halten von Kapillarrohrenden in den Formbacken (8) zur lagerichtigen Positionierung während des Heizvorgangs und des anschließenden Schweißvorgangsund Positionieren der Nadelleiste (9) in dem Stammrohr (7) mit von deren der Rohrwand zugewandter Anlagefläche (10) abstrebenden Formnadeln (11), so dass sich die Formnadeln (11) durch die im Stammrohr 7 ausgebildeten Durchgangsbohrungen (6) erstrecken, - Drücken der Formnadeln (11) mithilfe einer Halteleiste (13) in die Durchgangsbohrungen (6), - Erwärmung des Stammrohres (7) im Bereich der Durchgangsbohrungen (6) durch den Heizstrahler (4), so dass die Durchgangsbohrung (6) entsprechend der gewölbten Form des Nadelfußes (12) plastisch verformt wird, - Erwärmen der Kapillarrohre (5) und des Stammrohres (7) und Absenken der Heizvorrichtung (1), so dass die Kapillarrohre (5) auf die aus den Durchgangsbohrungen (6) des Stammrohres (7) ragenden Formnadeln (11) geschoben und an das Stammrohr (7) gedrückt werden und dabei Verschweißen, - Herausziehen der Halteleiste (13), und - Entfernen der Nadelleiste (9).
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