-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wärmekollektormodul zur deckseitigen Montage auf einer Dachplatte gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmekollektormoduls gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
-
In Gebäuden werden vielfach auf dem Dach angeordnete Sonnenkollektoren eingesetzt, um Wärme aus auf den Sonnenkollektor einstrahlenden Sonnenstrahlen auf eine Wärmeträgerflüssigkeit zu übertragen. Diese Wärme kann dann zur Brauchwasserbeheizung und/oder zur Beheizung des Gebäudes genutzt werden.
-
An den großflächigen, plattenförmigen Sonnenkollektoren, die bisher überwiegend auf Gebäudedächern eingesetzt werden, wird teilweise kritisiert, dass diese den optischen Gesamteindruck des Gebäudes nachteilig beeinflussen. Die darunter liegende Dacheindeckung, beispielsweise in Form von Dachplatten, ist im Bereich der Sonnenkollektoren verdeckt, so dass ein uneinheitliches Gesamtbild des Gebäudes entsteht. Im Hinblick auf die Energienutzung sind Sonnenkollektoren dadurch, dass sie darauf ausgelegt sind, die bei Auftreffen von Sonnenstrahlen freiwerdende Wärmeenergie zu nutzen, meist relativ ineffektiv in Zeiten, in denen keine Sonne scheint. Ferner sind die bisher eingesetzten Sonnenkollektoren relativ empfindlich gegenüber Umwelteinflüssen, wie beispielsweise Wind, Regen, Schnee und insbesondere Hagel.
-
In der Druckschrift
EP 2 128 539 A2 ist ein Wärmekollektormodul beschrieben, das auf einer Dachplatte montierbar ist. Das Wärmekollektormodul wird im Wesentlichen durch eine Kammer aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit gebildet, durch die im Einsatz eine Wärmeträgerflüssigkeit geleitet wird. Das auf die Größe und Form der Dachplatte abgestimmte Wärmekollektormodul erstreckt sich dabei zumindest über einen Teil der betreffenden Dachplatte. Solch ein Wärmekollektormodul kann hinsichtlich der Form, Größe und Farbe an den jeweiligen Dachplattentyp angepasst werden, so dass bei jeder einzelnen Dachplatte mit jeweils montiertem Wärmekollektormodul sowie im Gesamtbild eines mit solchen Dachplatten-Wärmekollektormodul-Elementen eingedeckten Gebäudedachs ein ähnlicher optischer Eindruck wie bei herkömmlichen Dachplatten entsteht. Dadurch, dass unterseitig von jedem Wärmekollektormodul eine (entsprechend für die Montage eines Wärmekollektormoduls ausgebildete) Dachplatte vorgesehen ist, sind neben der Wärmegewinnung weiterhin die durch Dachplatten bereitgestellten Funktionen, wie beispielsweise eine Wetterbeständigkeit, Dichtigkeit, Isolierung, etc. gegeben. Dadurch, dass das Wärmekollektormodul und insbesondere die im Einsatz von Wärmeträgerflüssigkeit durchströmte Kammer aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit gebildet sind, ist das Wärmekollektormodul nicht nur zur Nutzung der bei Auftreffen von Sonnenstrahlen freiwerdenden Wärmeenergie geeignet sondern gleichzeitig auch zur Wärmeaufnahme aus der Umgebung ausgelegt. Dadurch kann das Wärmekollektormodul auch effektiv zu Zeiten eingesetzt werden, in denen keine Sonne scheint.
-
Bei einem Gebäudedach, das mit einer Vielzahl von solchen Dachplatten-Wärmekollektormodul-Elementen eingedeckt ist, werden die Wärmekollektormodule fluidtechnisch derart miteinander verbunden, dass diese von einer Wärmeträgerflüssigkeit durchströmt werden. Aufgrund der relativ hohen, auf einem Gebäudedach entstehenden Temperaturschwankungen treten innerhalb der Wärmekollektormodule erhebliche Druckschwankungen auf. Insbesondere bei hohen Temperaturen entsteht ein erheblicher Druck innerhalb der Kammern der Wärmekollektormodule. Die einzelnen Wärmekollektormodule müssen dabei derart ausgebildet sein, dass sie auch solch hohen Drücken standhalten und dicht bleiben. Daneben sollten sie trotz der auftretenden Druckschwankungen möglichst ihre Form beibehalten. Ferner müssen die Wärmekollektormodule derart ausgebildet sein, dass sie dauerhaft den Witterungsbedingungen standhalten und verlässlich die Dichtigkeit der Kammern gegeben ist. Aufgrund der Tatsache, dass für ein Gebäudedach eine Vielzahl solcher Wärmekollektormodule benötigt wird, besteht die Anforderung, dass die Wärmekollektormodule in Massenfertigung mit hoher Qualität und relativ niedrigen Stückpreisen herstellbar sind. Ferner sollte das Herstellungsverfahren die Herstellung solcher Wärmekollektormodule für verschiedene Dachplattenformen, die gegebenenfalls auch gewölbte Abschnitte aufweisen, ermöglichen. Gerade bei gewölbten Formen ist es schwierig, die einzelnen Wärmekollektormodule im Rahmen einer Massenfertigung mit den oberhalb beschriebenen Qualitätsanforderungen bereitzustellen.
-
Aus der Druckschrift
DE 103 06 189 B3 ist ein Verfahren zur Herstellung eines plattenförmigen Strahlungsabsorbers bekannt. Bei diesem Verfahren wird ein Metallblech oder eine Metallfolie zunächst in einem oder mehreren Umformschritten sowohl mit einer Absorberkanalstruktur als auch einer Sammelkanalstruktur versehen. Im Anschluss daran weist das Metallblech oder die Metallfolie mindestens zwei Bereiche auf, die durch Umklappen des einen Bereiches auf den anderen Bereich derart partiell oder vollständig aufeinander zum Liegen kommen, dass zur Realisierung von im Querschnitt geschlossenen Absorber- und Sammelkanälen noch offene Querschnitte der erstellten Absorber- und/oder Sammelkanalstruktur verschlossen werden. Die Fügebereiche werden durch ein Fügeverfahren, wie Schweißen, Löten und/oder Kleben Wasserdicht und/oder luftdicht verbunden.
-
Dementsprechend besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Wärmekollektormodul zur deckseitigen Montage auf einer Dachplatte bereitzustellen, das den innerhalb der Kammern auftretenden, hohen Drücken sowie den auf Gebäudedächern herrschenden Witterungsbedingungen standhält und das in Massenfertigung mit hoher Qualität, und relativ niedrigen Stückpreisen herstellbar ist. In entsprechender Weise besteht die Aufgabe darin, ein Herstellungsverfahren für solch ein Wärmekollektormodul bereitzustellen.
-
Die Aufgabe wird durch ein Wärmekollektormodul gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmekollektormoduls gemäß Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Wärmekollektormodul zur deckseitigen Montage auf einer Dachplatte bereitgestellt. Das Wärmekollektormodul weist eine Kammer zur Führung einer Wärmeträgerflüssigkeit auf. Die Kammer wiederum weist mindestens eine Einlassöffnung und mindestens eine Auslassöffnung auf. Das Wärmekollektormodul ist ferner derart auf die betreffende Dachplatte abgestimmt, dass eine Haupterstreckungsfläche des Wärmekollektormoduls in ihrem Verlauf an eine abzudeckende, deckseitige Oberflächenkontur der Dachplatte angepasst ist und dass das Wärmekollektormodul in Einsatzposition zumindest einen Abschnitt der deckseitigen Oberfläche der Dachplatte überdeckt. Weiterhin weist das Wärmekollektormodul zur Bildung der Kammer zwei übereinander angeordnete Metallbleche auf, die im Wesentlichen parallel zueinander und entlang der Haupterstreckungsfläche des Wärmekollektormoduls verlaufen. Dabei weist mindestens ein Metallblech umlaufend und beabstandet zu dessen Rand mindestens eine Stufe derart auf, dass das Metallblech indem Bereich innerhalb der Stufe gegenüber dem jeweils anderen Metallblech beabstandet ist und dass ein außerhalb der Stufe verbleibender, umlaufender Randbereich flächig an einem umlaufenden Randbereich des jeweils anderen Metallblechs anliegt. Ferner sind die beiden Metallbleche umlaufend entlang ihrer jeweiligen umlaufenden Randbereiche im Bereich der flächigen Anlage flüssigkeitsdicht miteinander verbunden.
-
Dadurch, dass bei mindestens einem Metallblech umlaufend und beabstandet zu dessen Rand mindestens eine Stufe vorgesehen ist, wird in dem Bereich innerhalb der Stufe ein Zwischenraum zwischen den beiden Metallblechen bereitgestellt, der flach (entsprechend der Höhe der Stufe) ausgebildet ist und der sich entlang der Haupterstreckungsfläche des Wärmekollektormoduls erstreckt. Dieser Zwischenraum dient als Kammer für die Führung der Wärmeträgerflüssigkeit. Durch eine entsprechend niedrige Höhe der mindestens einen Stufe kann die Kammer flach ausgebildet werden, wobei sie gleichzeitig eine große Flache (entlang der gegebenenfalls auch gewölbten Haupterstreckungsfläche) abdeckt. Dadurch wird im Einsatz eine effektive Wärmeaufnahme durch die darin geführte Wärmeträgerflüssigkeit ermöglicht. Das Metallblech ist vorzugsweise eigenstabil ausgebildet und die Stufe ist in dem Metallblech vorgeformt. Die Stufe dient dann gleichzeitig als stabiler und umlaufender Abstandhalter, durch den die Höhe der Kammer in diesem Bereich festgelegt wird. Durch die Vorsehung der umlaufenden Randbereiche außerhalb der Stufe und durch die flächige Anlage derselben wird umlaufend um die Kammer ein relativ breiter Bereich bereitgestellt, entlang dem die beiden Metallbleche miteinander verbunden werden können. Ferner wird dadurch, dass die umlaufenden Randbereiche außerhalb der (mindestens einen) Stufe vorgesehen sind, ermöglicht, dass auf einfache Weise von beiden Seiten ein Anpressdruck auf die umlaufenden Randbereiche ausgeübt werden kann, was (je nach Verbindungstechnik) vorteilhaft für eine zuverlässige Verbindung der beiden Metallbleche sein kann. Dementsprechend wird durch diese Formgebung und Anordnung der Metallbleche eine stabile Form des Wärmekollektormoduls bereitgestellt. Durch die beschriebene Verbindung der beiden Metallbleche entlang ihrer umlaufenden Randbereiche wird das Auftreten von Leckagen zuverlässig vermieden. Die „flüssigkeitsdichte” Verbindung der umlaufenden Randbereiche ist dabei vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie den im Einsatz innerhalb der Kammer auftretenden Drücken standhält.
-
Wird erwähnt, dass „mindestens ein” Bauteil oder Element vorgesehen ist, so wird auf diese Option der Vorsehung von mehr als einem Bauteil oder Element auch in der weiteren Beschreibung (sowie der weiteren Unteransprüche) Bezug genommen, auch wenn dies nicht jedesmal explizit erwähnt wird.
-
Als „Wärmekollektormodul” wird dabei ein Modul bezeichnet, das nicht nur zur Nutzung der Wärme, die bei Einstrahlen von Sonnenstrahlen auf das Modul erzeugt wird, geeignet ist, sondern das auch zur Nutzung der Umgebungswärme (ohne direktes Einstrahlen von Sonnenstrahlen) ausgelegt ist. Mit „Dachplatte wird nicht nur auf ebene Formen von Dacheindeckungselementen Bezug genommen. Vielmehr kann eine Dachplatte auch eine oder mehrere gewölbte Abschnitte aufweisen, wie dies bei auf dem Markt erhältlichen Dachplattenformen bekannt ist. Mit „Dachplatte wird sowohl ein Dachziegel (z. B. aus Ton bzw. einem keramischen Material gefertigt), ein Dachstein (z. B. aus Naturstein, Holz, etc.) als auch allgemein ein Dacheindeckungselement, das ähnlich wie ein Dachziegel oder ein Dachstein zur Eindeckung eines Gebäudedachs verlegt wird, umfasst. Als „Deckseite” der Dachplatte wird dabei die im Einsatz dem Außenbereich zugewandte Außenseite oder Oberseite der Dachplatte bezeichnet.
-
Als „Stufe” wird in dem vorliegenden Zusammenhang nicht nur ein einfacher Knick oder eine einfache Krümmung des Metallbleches in eine Richtung bezeichnet. Vielmehr wird als „Stufe” eine Krümmung des Metallbleches in eine erste Richtung und benachbart dazu eine Krümmung des Metallbleches in eine zweite Richtung bezeichnet. Durch die mindestens eine Stufe wird folglich eine Niveauänderung des innerhalb der Stufe angeordneten Bereiches des Metallbleches gegenüber dem außerhalb der Stufe verbleibenden, umlaufenden Randbereich des Metallbleches bewirkt. Dabei sind im Bereich der Stufe verschiedene Krümmungsradien möglich. Beispielsweise können sehr kleine Krümmungsradien vorgesehen sein, so dass die Niveauänderung relativ abrupt erfolgt. Alternativ können aber auch sehr große Krümmungsradien vorgesehen sein, so dass die Stufe sozusagen „in die Länge” gezogen ist und die Niveauänderung kontinuierlich erfolgt. Dabei kann solch eine (vorzugsweise einzige) Stufe nur in einem Metallblech, insbesondere in dem im Einsatz unteren Metallblech, vorgesehen sein. Bei solch einer Ausbildung ist das im Einsatz obere Metallblech im Wesentlichen glatt ausgebildet, was im Hinblick auf die Optik und die Vermeidung der Bildung von Ablagerungen vorteilhaft ist. Grundsätzlich ist aber auch möglich, dass zusätzlich oder alternativ in dem im Einsatz oberen Metallblech auch mindestens eine Stufe vorgesehen ist. Wesentlich ist, dass die beiden Metallbleche in der Gesamtanordnung derart ausgebildet sind, dass in dem Bereich innerhalb der Stufe(n) das eine Metallblech gegenüber dem anderen Metallblech beabstandet ist und somit in dem Zwischenraum die Kammer ausgebildet wird.
-
Die Kammer ist abgesehen von der Einlassöffnung und der Auslassöffnung geschlossen (und flüssigkeitsdicht) ausgebildet. Die Wärmeträgerflüssigkeit wird beispielsweise durch Wasser, das mit entsprechenden Zusatzstoffen versehen ist, gebildet. Vorzugsweise ist innerhalb des Wärmekollektormoduls nur eine einzige Kammer vorgesehen. Sie kann gegebenenfalls durch eines oder mehrere Strömungsleitelemente in mehrere Abschnitte oder durch Unterteilungen in mehrere Unterkammern unterteilt sein. Die Kammer erstreckt sich im Wesentlichen (abgesehen von dem umlaufenden Randbereichen) entlang des Wärmekollektormoduls. Die Form des Wärmekollektormoduls (und damit der Kammer) wird aufgrund der flachen Ausbildung desselben (und der flachen Ausbildung der Kammer) im Wesentlichen durch eine Fläche, die als Haupterstreckungsfläche bezeichnet wird, bestimmt. Diese Haupterstreckungsfläche wird durch den Verlauf einer abzudeckenden, deckseitigen Oberflächenkontur der Dachplatte bestimmt, so dass die Haupterstreckungsfläche auch einen oder mehrere gekrümmte Abschnitte aufweisen kann. Welcher Abschnitt der deckseitigen Oberfläche der Dachplatte sinnvollerweise überdeckt wird, wird insbesondere auch durch die jeweilige Form der Dachplatte bestimmt. Vorzugsweise wird ein möglichst großer Teil bzw. Abschnitt der Dachplatte, der im Einsatz nicht von anderen (benachbarten) Dachplatten überdeckt wird, durch das Wärmekollektormodul überdeckt bzw. abgedeckt. Dadurch kann effektiv die durch ein Gebäudedach bereitgestellte Oberfläche zur Wärmenutzung eingesetzt werden. Wie in Bezug auf eine Ausführungsform der Erfindung erläutert wird, kann es im Hinblick auf eine fluidtechnische Verbindung der einzelnen Wärmekollektormodule vorteilhaft sein, wenn sich das Wärmekollektormodul auch über einen sich im Einsatz mit einer weiteren Dachplatte überlappenden deckseitigen Oberflächenabschnitt der Dachplatte erstreckt. Das Wärmekollektormodul erstreckt sich vorzugsweise nicht über die deckseitige Oberfläche der Dachplatte hinaus, insbesondere erstreckt es sich nicht über mehrere Dachplatten.
-
Vorzugsweise wird das Wärmekollektormodul im Wesentlichen durch die zwei Metallbleche gebildet. Insbesondere wird durch die zwei Metallbleche die Kammer gebildet und die äußere Form des Wärmekollektormoduls bestimmt. Zusätzlich kann das Wärmekollektormodul unter anderem entsprechende Anschlussstücke im Bereich der Einlassöffnung und der Auslassöffnung, zusätzliches Material (z. B. Kleber, ein beim Verbinden eingesetzter Zusatzwerkstoff, etc.) zum Verbinden der umlaufenden Randbereiche, mindestens ein Befestigungselement zur Montage auf der Dachplatte und/oder einen Schutzanstrich, der zumindest auf der Deckseite des Wärmekollektormoduls vorgesehen ist, aufweisen. Ein Schutzanstrich oder ein Anstrich kann dabei auch farblich an die jeweilige Dachplatte angepasst sein. Als Befestigungselement zur Montage auf der Dachplatte kann beispielsweise ein an der Unterseite des unterseitigen bzw. unteren (d. h. im Einsatz der Dachplatte zugewandten) Metallblechs angebrachter Bolzen, Gewindebolzen, etc. dienen. Dieser kann zur Montage durch ein entsprechendes, in der Dachplatte vorgesehenes Loch geführt und mit einem Gegenstück, wie beispielsweise einer Schraubenmutter, einem Klemmelement, etc. fixiert werden.
-
Als Metallblech wird ein Blech aus Metall oder einer Metalllegierung bezeichnet. Vorzugsweise weist das verwendete Material eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Hierzu eignet sich insbesondere Aluminium, das hinsichtlich der Kosten und der Korrosionsempfindlichkeit vorteilhaft ist. Ferner ist beispielsweise auch eine Kupferlegierung geeignet. Das Metallblech weist (je nach Material) vorzugsweise eine solche Stärke auf, dass dieses eine relativ hohe Eigenstabilität aufweist (um eine Verformung bei auftretenden Druckänderungen weitgehend zu unterdrücken). Auf der anderen Seite sind Kosten und Gewicht des Wärmekollektormoduls abzuwägen. Ein geeigneter Bereich für die Stärke der Metallbleche ist beispielsweise ein Bereich von 0,5 mm bis 3 mm, insbesondere ein Bereich von 0,7 mm bis 2 mm.
-
Gemäß einer Weiterbildung erstrecken sich die umlaufenden Randbereiche der beiden Metallbleche jeweils im Wesentlichen entlang der Haupterstreckungsfläche des Wärmekollektormoduls. Dies ist im Hinblick auf die Anordnung des Wärmekollektormoduls auf einer Dachplatte sowie im Hinblick auf eine gegebenenfalls während des Verbindens der umlaufenden Randbereiche erforderliche Druckausübung vorteilhaft. Gemäß einer Weiterbildung weist der mindestens eine umlaufende Randbereich (außerhalb der Stufe) eine Breite im Bereich von 0,5 cm bis 2,5 cm, insbesondere im Bereich von 1 cm bis 2 cm auf.
-
Gemäß einer Weiterbildung weist die innerhalb der Stufe(n) und zwischen den beiden Metallblechen ausgebildete Kammer in einer Richtung senkrecht zu der Haupterstreckungsfläche über die Haupterstreckungsfläche eine im Wesentlichen konstante Höhe auf. Solch eine konstante Höhe ist insbesondere dadurch realisierbar, dass die mindestens eine Stufe umlaufend eine konstante Höhe aufweist. Eine gleichmäßige Höhe der Kammer ist im Hinblick auf eine gleichmäßige Durchströmung der Kammer durch die Wärmeträgerflüssigkeit vorteilhaft. Dabei können sich in Bereichen, in denen die Haupterstreckungsfläche einen gekrümmten Verlauf aufweist, sowie aufgrund von leichten Verformungen der Metallbleche bei auftretenden Druckänderungen, etc., geringfügige Abweichungen in der Höhe ergeben. Ferner kann die Kammer, wie nachfolgend erläutert wird, von mehreren Abstandhaltern durchsetzt sein und/oder es können weitere Auswölbungen mindestens eines Metallbleches, beispielsweise zur Anbringung von Befestigungselementen, vorgesehen sein.
-
Weist ein Metallblech keine umlaufende Stufe auf, so ist dennoch auch bei diesem Metallblech ein „Bereich innerhalb der Stufe(n)” aufgrund der gegenüberliegenden Anordnung zu dem Metallblech mit mindestens einer Stufe festgelegt. Dieser Bereich kann beispielsweise durch Projektion in einer Richtung senkrecht zu der Haupterstreckungsfläche erhalten werden.
-
Gemäß einer Weiterbildung weist die Kammer, die innerhalb der Stufe(n) und zwischen den beiden Metallblechen verläuft, eine in Richtung senkrecht zu der Haupterstreckungsfläche der Kammer gemessene (freie) Höhe im Bereich von 0,5 mm–5 mm, insbesondere im Bereich von 1 mm bis 3 mm, auf. Durch eine niedrige Höhe der Kammer wird eine Verwirbelung der Wärmeträgerflüssigkeit beim Durchströmen der Kammer erzielt, was zu einer über die Haupterstreckungsfläche weitgehend gleichmäßig verteilten Strömung führt. Dies wiederum ist vorteilhaft für eine effektive Wärmeaufnahme durch die Wärmeträgerflüssigkeit.
-
Gemäß einer Weiterbildung sind die umlaufenden Randbereiche durch Rührreibschweißen, durch Laserschweißen, durch Widerstandsschweißen, durch Plasmaschweißen oder durch Kleben miteinander verbunden. Weist die Haupterstreckungsfläche des Wärmekollektormoduls mindestens einen gewölbten Abschnitt auf, so wird das Schweißen vorzugsweise mit einem 5-Achsen-Simultanschweißgerät durchgeführt. Von den oberhalb genannten Verbindungstechnologien sind Rührreibschweißen und Laserschweißen bevorzugt, wobei in Versuchen insbesondere bei Rührreibschweißen sehr gute und in Massenfertigung zuverlässig realisierbare Ergebnisse erzielt werden konnten. Als „Rührreibschweißen” wird dabei ein Verfahren bezeichnet, bei dem ein als Schweißpin (bzw. Schweißstift) bezeichneter Stift, der eine für das jeweilige Verfahren angepasste Oberfläche und Oberflächenstruktur aufweisen kann, rotiert wird und in das jeweilige, mindestens eine, zu schweißende Werkstück eingetaucht wird. Dadurch wird das Material des Werkstückes in einen teigigen, vorzugsweise nicht schmelzflüssigen Zustand versetzt. Ein Vorteil des Rührreibschweißens gegenüber Schmelzschweißverfahren ist, dass kein Volumensprung eines Phasenübergangs von der flüssigen in die feste Phase auftritt. Das Rührreibschweißen führt zu einer charakteristischen, für den Fachmann erkennbaren Schweißnaht an dem geschweißten Werkstück.
-
Gemäß einer Weiterbildung sind die umlaufenden Randbereiche durch Rührreibschweißen mit einem rotierenden Schweißpin verbunden. Insbesondere ist gemäß einer Weiterbildung vorgesehen, dass bei dem Rührreibschweißverfahren der rotierende Schweißpin, der im Wesentlichen senkrecht zu der Erstreckungsebene der umlaufenden Randbereiche ausgerichtet ist, von der Seite eines Metallbleches durch dieses Metallblech hindurch in das angrenzende, andere Metallblech eintauchend und mit einem Vorschub entlang der umlaufenden Randbereiche geführt wird. Vorzugsweise taucht der Schweißpin dabei in das zweite (bzw. andere) Metallblech nur ein und wird nicht vollständig durch das zweite Metallblech hindurchgeführt. Dadurch verbleibt die Oberfläche des zweiten Metallbleches weitgehend glatt, so dass eine Oberflächen-Nachbearbeitung der Oberfläche des zweiten Metallbleches reduziert wird oder sich vollständig erübrigt. Vorzugsweise wird der Schweißpin von der Seite desjenigen Metallbleches eingetaucht, das im Einsatz das untere (d. h. der Dachplatte zugewandte) Metallblech bildet. Dadurch wird eine weitgehend glatte und optisch ansprechende Oberfläche des oberen Metallbleches erzielt. Mit „Erstreckungsebene” wird auf die Erstreckungsebene der umlaufenden Randbereiche im Berührungspunkt des Schweißpins Bezug genommen. Mit „im Wesentlichen senkrecht zu der Erstreckungsebene ausgerichtet” wird auch auf eine Ausrichtung Bezug genommen, bei welcher der Schweißpin leicht schräg zu dieser Richtung angestellt ist.
-
Gemäß einer Weiterbildung sind die umlaufenden Randbereiche durch ein Schweißverfahren unter gleichzeitigem Zusammenpressen der umlaufenden Randbereiche miteinander verbunden. Werden die beiden Metallbleche während der Durchführung des Schweißverfahrens zusammengepresst, so ist dies häufig (je nach Material und Anpressdruck) anhand von leicht eingedrückten Abschnitten an dem Wärmekollektormodul erkennbar. Beispielsweise können die beiden Metallbleche umlaufend entlang ihrer umlaufenden Randbereiche durch entsprechende Spannleisten zusammengepresst werden und anschließend durch ein Schweißverfahren, insbesondere durch Rührreibschweißen, (unter gleichzeitigem Zusammenpressen) miteinander verbunden werden. Insbesondere sind die Spannleisten dabei außenseitig der vorzusehenden Schweißnaht angeordnet. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die beiden Metallbleche durch die Spannleisten gleichzeitig an einer Halterung, in der die Metallbleche während der Durchführung des Schweißverfahrens gehalten werden, befestigt werden.
-
Gemäß einer Weiterbildung weist die Haupterstreckungsfläche zumindest einen gewölbten Abschnitt auf. Solch eine Ausbildung ist insbesondere dann erwünscht, wenn die Oberflächenkontur des Dachplattentyps, für den das Wärmekollektormodul bestimmt ist, ebenfalls einen solchen gewölbten Abschnitt aufweist und dieser Abschnitt durch das Wärmekollektormodul im Einsatz abzudecken ist. Bei solch einer gewölbten Form ergeben sich besonders hohe Anforderungen im Hinblick auf eine dauerhaft dichte und über lange Zeiträume haltbare Verbindung zwischen den beiden Metallblechen. Wird ein Schweißverfahren angewendet, so wird dieses vorzugsweise mit einem 5-Achsen-Simultanschweißgerät durchgeführt. Durch solch ein 5-Achsen-Simultanschweißgerät kann entlang 3-dimensional verlaufender Linien geschweißt werden. Insbesondere im Falle eines 5-Achsen-Rührreibschweißgerätes kann so der Schweißpin und der Vorschub in sämtlichen Richtungen relativ zu dem Werkstück (hier: den beiden Metallblechen) ausgerichtet werden.
-
Gemäß einer Weiterbildung weist das mindestens ein Metallblech in dem Bereich innerhalb der Stufe mindestens einen Abstandhalter auf, der durch eine Auswölbung des Metallbleches in Richtung zu dem jeweils anderen Metallblech gebildet wird, wobei die Auswölbung flächig an dem jeweils anderen Metallblech anliegt und im Bereich der Anlagefläche mit dem jeweils anderen Metallblech verbunden ist. Durch die Anlagefläche wird ein relativ großer Bereich, in dem die beiden Metallbleche verbunden werden können, bereitgestellt. Ferner wird durch diese Ausgestaltung ermöglicht, dass auf einfache Weise ein Zusammenpressen der Anlagefläche des Abstandhalters und des jeweils anderen Metallbleches während der Verbindung derselben ermöglicht wird, was (je nach Verbindungstechnik) vorteilhaft für eine zuverlässige Verbindung der beiden Metallbleche sein kann. Dementsprechend wird durch diese Formgebung und Anordnung eine stabile Verbindung zwischen den beiden Metallblechen im Bereich der Anlagefläche des Abstandhalters unterstützt, was insbesondere im Hinblick auf die hohen, innerhalb der Kammer auftretenden Drücke vorteilhaft ist.
-
Durch den mindestens einen Abstandhalter wird folglich ein Vergrößern oder Verkleinern des Abstandes zwischen den beiden Metallblechen in diesem Bereich vermieden. Dies ist insbesondere im Hinblick auf die auftretenden Druckschwankungen innerhalb der Kammer vorteilhaft. Ohne Vorsehung von solchen Abstandhaltern würden die Metallbleche bei hohen Drücken eher aufgehen (d. h. ihren Abstand vergrößern), während sie sich bei niedrigen Drücken eher zusammenziehen (d. h. ihren Abstand verringern) würden. Dies wäre nicht nur im Hinblick auf die Strömung der Wärmeträgerflüssigkeit innerhalb der Kammer nachteilig. Vielmehr könnte ein solches Verformen der beiden Metallbleche auch zu einem Abblättern eines gegebenenfalls deckseitig vorgesehen Schutzanstrichs oder Anstrichs führen, zu einem Lockern der zur Montage verwendeten Befestigungselemente und/oder zu einem Lösen einer zwischen den Wärmekollektormodulen und der Dachplatte gegebenenfalls vorgesehenen Dichtung. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung sind mehrere solche Abstandhalter vorgesehen, die insbesondere gleichmäßig über einen Bereich der Metallbleche innerhalb der Stufe verteilt sind.
-
Dabei kann vorgesehen sein, dass der mindestens eine Abstandhalter, insbesondere mehrere Abstandhalter, nur in einem der Metallbleche, insbesondere in dem im Einsatz unteren Metallblech, vorgesehen ist/sind. Bei solch einer Ausbildung der Abstandhalter in dem im Einsatz unteren Metallblech ist das im Einsatz obere Metallblech im Wesentlichen glatt ausgebildet, was im Hinblick auf die Optik und die Vermeidung der Bildung von Ablagerungen vorteilhaft ist. Grundsätzlich ist aber auch möglich, dass zusätzlich oder alternativ in dem im Einsatz oberen Metallblech mindestens ein Abstandhalter vorgesehen ist. Die Auswölbung des Abstandhalters weist insbesondere eine Höhe auf, die im Wesentlichen der Höhe der Kammer in diesem Bereich entspricht. Sind an beiden Metallblechen in einander gegenüberliegender Position Abstandhalter vorgesehen, so entspricht vorzugsweise deren Gesamthöhe der Höhe der Kammer.
-
Grundsätzlich kann die Anlagefläche des mindestens einen Abstandhalters unterschiedliche Formen aufweisen. Gemäß einer Weiterbildung weist die Anlagefläche des mindestens einen Abstandhalters eine abgerundete Form, insbesondere eine runde Form, auf.
-
Gemäß einer Weiterbildung ist mindestens ein Abstandhalter (insbesondere sämtliche Abstandhalter) im Bereich der Anlagefläche durch Rührreibschweißen, durch Laserschweißen, durch Widerstandsschweißen, durch Plasmaschweißen oder durch Kleben mit dem jeweils anderen Metallblech verbunden. Dabei sind Rührreibschweißen und Laserschweißen bevorzugt, wobei in Versuchen insbesondere bei Rührreibschweißen sehr gute und in Massenfertigung zuverlässig realisierbare Ergebnisse erzielt werden konnten.
-
Gemäß einer Weiterbildung ist mindestens ein Abstandhalter (insbesondere sämtliche Abstandhalter) im Bereich der Anlagefläche mit dem jeweils anderen Metallblech durch Rührreibschweißen mit einem rotierenden Schweißpin verbunden. Insbesondere ist gemäß einer Weiterbildung vorgesehen, dass bei der Durchführung des Rührreibschweißverfahrens ein den Schweißpin umgebender Druckstempel in Verbindung mit einem Gegenhalter die Anlagefläche und das Metallblech zusammenpresst und der rotierende Schweißpin, der im Wesentlichen senkrecht zu der Erstreckungsebene der Anlagefläche ausgerichtet ist, von der Seite eines Metallbleches durch dieses Metallblech hindurch in das angrenzende, andere Metallblech eingetaucht wird. Vorzugsweise taucht der Schweißpin dabei in das zweite (bzw. andere) Metallblech nur ein und wird nicht vollständig durch das zweite Metallblech hindurchgefürt. Dadurch verbleibt die Oberfläche des zweiten Metallbleches weitgehend glatt, so dass eine Oberflächen-Nachbearbeitung der Oberfläche des zweiten Metallbleches reduziert wird oder sich vollständig erübrigt. Vorzugsweise wird der Schweißpin von der Seite desjenigen Metallbleches eingetaucht, das im Einsatz das untere (d. h. der Dachplatte zugewandte) Metallblech bildet. Dadurch wird eine weitgehend glatte und optisch ansprechende Oberfläche des oberen Metallbleches erzielt.
-
Gemäß einer Weiterbildung ist mindestens ein Abstandhalter (insbesondere sämtliche Abstandhalter) im Bereich der Anlagefläche mit dem jeweils anderen Metallblech durch ein Schweißverfahren unter gleichzeitigem Zusammenpressen der Anlagefläche des Abstandhalters und des jeweils anderen Metallbleches verbunden. Werden die beiden Metallbleche während der Durchführung des Schweißverfahrens zusammengepresst, so ist dies häufig (je nach Material und Anpressdruck) anhand von leicht eingedrückten Abschnitten an dem Wärmekollektormodul erkennbar. Beispielsweise können die beiden Metallbleche im Bereich der Anlagefläche des Abstandhalters durch einen hohlen Druckstempel und einem entsprechenden Gegenhalter zusammengepresst werden. Anschließend können die beiden Metallbleche im Bereich der Anlagefläche des Abstandhalters durch ein Schweißverfahren, insbesondere durch Rührreibschweißen, unter gleichzeitigem Zusammenpressen miteinander verbunden werden. Der hohle Druckstempel kann dabei einen ringförmigen oder auch einen anderweitigen, mit einem inneren Freiraum (innerhalb dem die Schweißverbindung hergestellt wird) versehenden Querschnitt aufweisen.
-
Gemäß einer Weiterbildung weisen die beiden Metallbleche insgesamt in dem Bereich inner halb der Stufe(n) mindestens eine Einlassöffnung und mindestens eine Auslassöffnung auf. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass eine Öffnung (Einlassöffnung) in dem im Einsatz unteren Metallblech angeordnet ist und dass eine Öffnung (Auslassöffnung) in dem im Einsatz oberen Metallblech angeordnet ist. Bei dieser Anordnung ist ferner vorzugsweise vorgesehen, dass die Öffnungen derart positioniert sind, dass bei einem mit solchen Dachplatten-Wärmekollektormodul-Elementen eingedeckten Gebäudedach die Einlassöffnung eines Wärmekollektormoduls direkt über der Auslassöffnung des darunter angerordneten Wärmekollektormoduls angeordnet ist, wobei zwischen den beiden Öffnungen eine Dachplatte angeordnet ist. Die Einlassöffnung des einen Wärmekollektormoduls kann dann über ein entsprechendes Anschlussstück, das sich durch die unterhalb des Wärmekollektormoduls angeordnete Dachplatte hindurch erstreckt, mit der Auslassöffnung des darunter angeordneten Wärmekollektormoduls verbunden werden. Bei einem Wärmekollektormodul, welches das oberste Wärmekollektormodul einer in einem Gebäudedach nach oben führenden Reihe von in Serie miteinander verbundenen Wärmekollektormodulen bildet, ist vorzugsweise vorgesehen, dass auch die Auslassöffnung in dem im Einsatz unteren Metallblech vorgesehen ist. Dies ermöglicht, dass dieses Wärmekollektormodul an einer unterhalb der Dachplatten verlaufenden Sammelleitung angeschlossen wird. Sollen die Wärmekollektormodule im Einsatz auf einem Gebäudedach in einer horizontal oder schräg verlaufenden Reihe in Serie angeschlossen werden, kann dies durch entsprechende Anordnung der Einlassöffnungen und Auslassöffnungen entsprechend ermöglicht werden. Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das jeweilige Metallblech in dem Bereich um die Einlassöffnung und/oder Auslassöffnung stutzenförmig nach außen (d. h. in der Richtung von der Kammer weg) geformt ist. Ein solcher Stutzen kann insbesondere durch Vorsehen einer (kleiner als den Stutzendurchmesser ausgebildeten) Öffnung in dem Metallblech und durch Tiefziehen des Stutzens hergestellt werden. Der Stutzen dient insbesondere zur Aufnahme eines Einlass- oder Auslass-Anschlussstückes.
-
Die Erfindung betrifft ferner ein Dachplatten-Wärmekollektor-Element, das eine Dachplatte aufweist, auf der deckseitig ein erfindungsgemäßes Wärmekollektormodul, das gegebenenfalls auch nach einer der erläuterten Weiterbildungen und/oder Varianten ausgebildet sein kann, montiert ist.
-
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmekollektormoduls, das zur deckseitigen Montage auf einer Dachplatte bestimmt ist und das eine Kammer mit mindestens einer Einlassöffnung und mindestens einer Auslassöffnung zur Führung einer Wärmeträgerflüssigkeit aufweist. Das Verfahren weist dabei nachfolgende Schritte auf
- A) Bereitstellen von zwei, im Wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Metallblechen, deren Verlauf an eine abzudeckende, deckseitige Oberflächenkontur der betreffenden Dachplatte angepasst ist und die in ihrer Größe derart angepasst sind, dass sie in einer Einsatzposition auf der Dachplatte zumindest einen Abschnitt der deckseitigen Oberfläche der Dachplatte überdecken, wobei in mindestens einem Metallblech umlaufend und beabstandet zu dessen Rand mindestens eine Stufe derart vorgesehen ist, dass bei Anordnen der Metallbleche übereinander in einer vorbestimmten Anordnung das Metallblech in dem Bereich innerhalb der Stufe gegenüber dem anderen Metallblech beabstandet ist und dass ein außerhalb der Stufe verbleibender, umlaufender Randbereich flächig an einem Randbereich des anderen Metallblechs anliegt, wobei insbesondere die beiden Metallbleche insgesamt in dem Bereich innerhalb der Stufe(n) mindestens eine Einlassöffnung und mindestens eine Auslassöffnung aufweisen;
- B) Anordnen der beiden Metallbleche übereinander in der vorbestimmten Anordnung; und
- C) Verbinden der beiden Metallbleche umlaufend entlang ihrer jeweiligen, umlaufenden Randbereiche durch Rührreibschweißen.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren werden die oberhalb in Bezug auf die erfindungsgemäßen Wärmekollektormodule beschriebenen Vorteile in entsprechender Weise erzielt Mit einer „vorbestimmten Anordnung” der beiden Metallbleche wird auf eine Anordnung Bezug genommen, in der die beiden Metallbleche dann auch miteinander verbunden werden sollen.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren sind ferner die oberhalb erläuterten Weiterbildungen und Varianten, die in Bezug auf die Wärmekollektormodule beschrieben wurden, in entsprechender Weise realisierbar. Insbesondere werden gemäß einer Weiterbildung bei dem Schritt des Verbindens die umlaufenden Randbereiche durch Rührreibschweißen mit einem rotierenden Schweißpin verbunden. Gemäß einer Weiterbildung wird dabei der rotierende Schweißpin, der im Wesentlichen senkrecht zu der Erstreckungsebene der umlaufenden Randbereiche ausgerichtet ist, von der Seite eines Metallbleches durch dieses Metallblech hindurch in das angrenzende, andere Metallblech eintauchend und mit einem Vorschub entlang der umlaufenden Randbereiche geführt. Gemäß einer Weiterbildung werden ferner bei dem Schritt des Verbindens die umlaufenden Randbereiche durch ein Schweißverfahren unter gleichzeitigem Zusammenpressen der umlaufenden Randbereiche miteinander verbunden. Gemäß einer Weiterbildung wird/werden der mindestens eine Abstandhalter und/oder die mindestens eine Stufe in das betreffende Metallblech durch ein Prägeverfahren geformt.
-
Weitere Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Von den Figuren zeigen:
-
1: eine schematische Darstellung von zwei Dachplatten-Wärmekollektormodul-Elementen in perspektivischer Ansicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
-
2a: eine Draufsicht von oben auf ein Metallblech, welches das in einem Wärmekollektormodul unten angeordnete Metallblech bildet, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
-
2b: eine Querschnittansicht entlang der Ebene U-U in 2a;
-
2c: eine Querschnittansicht entlang der Ebene V-V in 2a;
-
2d: eine Querschnittansicht entlang der Ebene W-W in 2a;
-
3a: eine Draufsicht von oben auf ein Wärmekollektormodul gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
-
3b: eine Querschnittansicht entlang der Ebene F-F in 3a;
-
3c: eine Querschnittansicht entlang der Ebene D-D in 3a; und
-
4: eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Rührreibschweißverfahrens.
-
In 1 sind zwei Dachplatten-Wärmekollektormodul-Elemente 2, 4 in perspektivischer Ansicht dargestellt. Die beiden Dachplatten-Wärmekollektormodul-Elemente 2, 4 sind dabei relativ zueinander so angeordnet, wie sie im Einsatz auf einem eingedeckten Gebäudedach relativ zueinander positioniert werden. Jedes Dachplatten-Wärmekollektormodul-Element 2, 4 wird dabei durch eine Dachplatte 6 und ein Wärmekollektormodul 8 gebildet. Das Wärmekollektormodul 8 ist dabei deckseitig auf der Dachplatte 6 montiert.
-
Der in 1 dargestellte Dachplattentyp weist an dessen deckseitiger Oberfläche zentral zwischen zwei ebenen Abschnitten 10, 12 einen gewölbten, sich längs erstreckenden Abschnitt 16 auf. Ferner weist die Dachplatte 6 an einer Seite einen weiteren gewölbten, sich längs erstreckenden Abschnitt 18 auf, der in Einsatzposition zum Überlapp und gegebenenfalls Eingriff mit einer seitlich angrenzenden (in 1 nicht dargestellten) Dachplatte dient. Für diesen Überlapp und gegebenenfalls Eingriff ist an der Dachplatte 6 auf der anderen Seite ein entsprechender, mit Rippen versehener, sich längs erstreckender Abschnitt 20 vorgesehen.
-
Wie anhand der 1 ersichtlich ist, sind die Wärmekollektormodule 8 jeweils relativ dünn bzw. flach ausgebildet, so dass ihre Form im Wesentlichen durch eine Haupterstreckungsfläche des Wärmekollektormoduls 8 bestimmt wird. Diese Haupterstreckungsfläche der Wärmekollektormodule 8 ist in ihrem Verlauf an eine abzudeckende, deckseitige Oberflächenkontur der Dachplatte 6 angepasst. Insbesondere verläuft sie im Wesentlichen parallel zu dieser. Bei der dargestellten Ausführungsform werden durch das Wärmekollektormodul 8 jeweils im Wesentlichen die ebenen Abschnitte 10, 12 sowie der zentrale gewölbte, sich längs erstreckende Abschnitt 16 der Dachplatte 6 überdeckt. Dementsprechend weist die Haupterstreckungsfläche der Wärmekollektormodule 8 ebenfalls jeweils zwei ebene Abschnitte 22, 24 und einen zentralen, gewölbten, sich längs erstreckenden Abschnitt 26 auf. Wie anhand der 1 ersichtlich ist, erstrecken sich die Wärmekollektormodule 8 jeweils nicht nur über den nicht überlappenden Bereich dieser Abschnitte 10, 12, 16, sondern sie überdecken zumindest teilweise auch einen Bereich der Dachplatten 6, die im Einsatz mit einer angrenzenden, oberhalb angeordneten Dachplatte überlappen (bzw. von dieser überdeckt werden). Wie unterhalb noch im Detail erläutert wird, ist solch eine Überlappung im Hinblick auf eine fluidtechnische Verbindung der Wärmekollektormodule 8 vorteilhaft. Ferner weisen die beiden Wärmekollektormodule 8 in den ebenen Abschnitten jeweils Aussparungen 28 auf, um den Zugang zu in der jeweiligen Dachplatte 6 vorgesehenen Befestigungslöchern 29 zu ermöglichen. Über diese Befestigungslöcher 29 kann die Dachplatte 6 zusätzlich auf einem Gebäudedach fixiert werden, was insbesondere bei starkem Wind ausgesetzten Lagen erforderlich ist.
-
Nachfolgend werden die Wärmekollektormodule anhand einer Ausführungsform eines Wärmekollektormoduls 8, das in den 3a bis 3c dargestellt ist, erläutert. Für gleiche Elemente werden dabei die gleichen Bezugszeichen verwendet. Dabei ist in 3a eine Draufsicht von oben auf ein Wärmekollektormodul 8 dargestellt, während in 3b eine Querschnittansicht entlang der Ebene F-F der 3a und in 3c eine Querschnittansicht entlang der Ebene D-D der 3a dargestellt sind. Wie anhand der 3b und 3c ersichtlich ist, ist das Wärmekollektormodul 8 in der Richtung senkrecht zu der Haupterstreckungsfläche flach (im Verhältnis zu der Haupterstreckungsfläche) ausgebildet. Das Wärmekollektormodul 8 weist eine Kammer 30 auf, die abgesehen von einer Einlassöffnung 32 und einer Auslassöffnung 34 geschlossen und flüssigkeitsdicht ausgebildet ist. Die Kammer 30 erstreckt sich dabei im Wesentlichen (abgesehen von einem umlaufenden Randbereich des Wärmekollektormoduls 8) über die Haupterstreckungsfläche des Wärmekollektormoduls 8.
-
Zur Bildung der Kammer 30 weist das Wärmekollektormodul 8 zwei übereinander angeordnete Metallbleche 36, 38 auf. Die Kammer 30 ist dabei in einem zwischen den beiden Metallblechen 36, 38 ausgebildeten Zwischenraum angeordnet. In der Draufsicht der 3a ist dabei nur das im Einsatz oben angeordnete (bzw. deckseitige) Metallblech 36 sichtbar. Bei der in den 3a bis 3c dargestellten Ausführungsform weist dabei das im Einsatz unten angeordnete Metallblech 38 die Einlassöffnung 32 auf, während das im Einsatz oben angeordnete Metallblech 36 die Auslassöffnung 34 aufweist. Eine derartige Anordnung ist vorteilhaft, um in einer an einem Gebäudedach nach oben verlaufenden Reihe von Dachplatten-Wärmekollektormodul-Elementen die einzelnen Wärmekollektormodule fluidtechnisch miteinander zu verbinden. Wie in 1 schematisch dargestellt ist, kann bei solch einer Anordnung die Einlassöffnung eines Wärmekollektormoduls über ein entsprechendes Anschlussstück, das sich durch die unterhalb dieses Wärmekollektormodul angeordnete Dachplatte hindurch erstreckt, mit einer Auslassöffnung des darunter angeordneten Wärmekollektormoduls verbunden werden.
-
Eine derartige Verteilung und Positionierung der Einlassöffnung 32 und Auslassöffnung 34 auf das obere 36 und untere 38 Metallblech, wie sie in den 1 sowie 3a bis 3c dargestellt ist, ist jedoch nicht zwingend. Vielmehr kann diese, insbesondere in Abhängigkeit von der Dachplattenform und der fluidtechnischen Verbindung der einzelnen Wärmekollektormodule auch anders gewählt werden. Auch bei dem hier gezeigten Dachplattenform und bei der hier dargestellten Ausbildung der Wärmekollektormodule ist bei einem Wärmekollektormodul, welches das oberste Wärmekollektormodul einer in einem Gebäudedach nach oben führenden Reihe von in Serie miteinander verbundenen Wärmekollektormodulen bildet, bevorzugt, dass abgesehen von der Einlassöffnung auch die Auslassöffnung in dem im Einsatz unteren Metallblech vorgesehen ist. Dadurch wird ein Anschluss dieses Wärmekollektormoduls an eine unterhalb der Dachplatten verlaufende Sammelleitung ermöglicht.
-
Ein unteres Metallblech 38', bei dem sowohl die Einlassöffnung 32' als auch die Auslassöffnung 34' in dem unteren Metallblech 38' vorgesehen ist, ist in den 2a bis 2d dargestellt. Dabei zeigt 2a eine Draufsicht von oben auf das untere Metallblech 38', während die 2b eine Querschnittansicht entlang der Ebene U-U der 2a, 2c eine Querschnittansicht entlang der Ebene V-V der 2a und 2d eine Querschnittansicht entlang der Ebene W-W der 2a zeigen. Abgesehen von der zusätzlichen Vorsehung der Auslassöffnung 34' ist das in den 2a bis 2d dargestellte, untere Metallblech 38' entsprechend wie das in den 3a bis 3c dargestellte, untere Metallblech 38 ausgebildet. Zur Erläuterung der Ausbildung des unteren Metallbleches wird im Folgenden sowohl auf die 2a bis 2d als auch die 3a bis 3c Bezug genommen, wobei die für die 2a bis 2d verwendeten Bezugszeichen zusätzlich mit einem Strich gekennzeichnet sind.
-
Das obere 36 und das untere 38 Metallblech verlaufen im Wesentlichen (abgesehen von einer noch zu erläuternden Stufe, Abstandhaltern, Auswölbungen zur Anbringung von Befestigungselementen sowie der Einlassöffnung 32 und der Auslassöffnung 34) parallel zueinander und entlang der Haupterstreckungsfläche des Wärmekollektormoduls 8. Ferner weisen sie einen im Wesentlichen identischen Umriss auf. Das untere Metallblech 38, 38' weist umlaufend und beabstandet zu dessen Rand 40, 40' eine Stufe 42, 42' auf. Aufgrund dieser Stufe 42, 42' ist das untere Metallblech 38, 38' in dem Bereich 44, 44' innerhalb der Stufe 42, 42' gegenüber dem oberen Metallblech 36 beabstandet. Dementsprechend wird in dem Bereich 44, 44' innerhalb der Stufe 42, 42' zwischen den beiden Metallblechen 36, 38 die Kammer 30 ausgebildet. Durch die Höhe der Stufe 42, 42' wird dabei die Höhe der Kammer 30 festgelegt. Die Stufe 42, 42' weist dabei umlaufend eine konstante Höhe auf. Die Höhe der Stufe ist so niedrig gewählt, dass im Einsatz eine Verwirbelung der Wärmeträgerflüssigkeit innerhalb der Kammer 30 bewirkt wird. Bei der dargestellten Ausführungsform beträgt die Höhe der Kammer 30 (über den gesamten Bereich der Kammer 30) 1,6 mm. Die Dicke der aus Aluminium gebildeten Metallbleche 36, 38, 38' beträgt bei der vorliegenden Ausführungsform 1 mm.
-
Außerhalb der Stufe 42, 42' verbleibt ein umlaufender Randbereich 46, 46' des unteren Metallblechs 38, 38'. Der umlaufende Randbereich 46, 46' beträgt bei der vorliegenden Ausführungsform 13 mm. Gegenüberliegend (in einer Richtung senkrecht zu der Haupterstreckungsfläche betrachtet) ist bei dem oberen Metallblech 36 entsprechend ein umlaufender Randbereich 48 vorgesehen. Beide umlaufenden Randbereiche der Metallbleche 36, 38, 38' erstrecken sich im Wesentlichen entlang der Haupterstreckungsfläche des Wärmekollektormoduls 8. Der umlaufende Randbereich 46 des unteren Metallbleches 38 liegt dabei flächig an dem umlaufenden Randbereich 48 des oberen Metallbleches 36 an. Die beiden Metallbleche 36, 38 sind dabei umlaufend entlang ihrer jeweiligen umlaufenden Randbereiche 46, 48 im Bereich der Anlagefläche flüssigkeitsdicht miteinander verbunden. Die Verbindung der beiden umlaufenden Randbereiche erfolgte dabei durch ein Rührreibschweißverfahren unter gleichzeitigem Zusammenpressen der beiden Metallbleche 36, 38 im Bereich ihrer umlaufenden Randbereiche 46, 48. Dies wird unterhalb unter Erläuterung eines Herstellungsverfahrens des Wärmekollektormoduls 8 noch im Detail erläutert. Um die 3-dimensional verlaufende Schweißverbindung herzustellen, wurde ein 5-Achsen-Simultanschweißgerät eingesetzt.
-
Das untere Metallblech 38, 38' weist in dem Bereich 44, 44' innerhalb der Stufe 42, 42' mehrere Abstandhalter 49 auf, die jeweils durch eine Auswölbung 50 des unteren Metallbleches 38, 38' in Richtung zu dem oberen Metallblech 36 gebildet werden. Die Höhe der Auswölbung 50 entspricht dabei der Höhe der Kammer 30, so dass die Auswölbung 50 flächig an dem oberen Metallblech 36 anliegt. Das untere Metallblech 38 ist in dem Bereich der Anlagefläche mit dem oberen Metallblech 36 verbunden. Die Verbindung der beiden Metallbleche 36, 38 im Bereich der Anlagefläche der Abstandhalter 49 erfolgte dabei durch ein Rührreibschweißverfahren unter gleichzeitigem Zusammenpressen der beiden Metallbleche 36, 38 im Bereich der Anlagefläche der Abstandhalter 49. Dies wird unterhalb unter Erläuterung eines Herstellungsverfahrens des Wärmekollektormoduls 8 noch im Detail erläutert.
-
Die Abstandhalter 49 sind gleichmäßig über einen Bereich 44, 44' innerhalb der Stufe 42, 42' verteilt. Insbesondere sind in dem Bereich der ebenen Abschnitte 22, 24 des Wärmekollektormoduls 8 jeweils drei rund ausgebildete Abstandhalter 49 vorgesehen. Eine solch abgerundete Form der Abstandhalter 49 ist nicht zwingend. Wie anhand der 2a ersichtlich ist, können auch andere Formen, wie beispielsweise rechteckige Formen der Abstandhalter 49 vorgesehen sein. Bei dem in 2a dargestellten, unteren Metallblech 38' sind entlang dem zentralen, gewölbten Abschnitt drei Abstandhalter 49 mit jeweils rechteckiger Form vorgesehen.
-
Das untere Metallblech 38, 38' sowie das obere Metallblech 36 sind jeweils im Bereich der Einlassöffnung 32, 32' sowie im Bereich der Auslassöffnung 34, 34' stutzenförmig nach außen (d. h. in der Richtung von der Kammer 30 weg) geformt. Ein im Bereich der Einlassöffnung 32, 32' sowie im Bereich der Auslassöffnung 34, 34' ausgebildeter Stutzen 52, 52' ist insbesondere in den 2b und 3b erkennbar. Der Stutzen 52, 52' kann dabei zur Aufnahme eines entsprechenden (nicht dargestellten) Anschlussstückes dienen.
-
Das in den 3a–3c dargestellte untere Metallblech 38 weist ferner zwei weitere, im Bereich des zentralen, gewölbten Abschnittes ausgebildete Auswölbungen 54, 56 des Metallbleches 38, die in Richtung von der Kammer 30 weg ausgewölbt sind, auf. Bei dem in 2a–2d dargestellten unteren Metallblech 38' ist im Bereich des zentralen, gewölbten Abschnittes eine Auswölbung 54' des Metallbleches 38', die in Richtung von der Kammer 30 weg ausgewölbt ist, vorgesehen. Diese Auswölbungen 54, 56, 54' bilden jeweils gegenüber dem umliegenden Bereich vorstehende Flächen, an denen ein Befestigungselement zur Montage des Wärmekollektormoduls 8 auf einer Dachplatte angebracht, insbesondere angeschweißt, werden kann. Als Befestigungselement kann insbesondere ein Bolzen, ein Gewindebolzen, etc. dienen. Bei der erläuterten Ausführungsform sind sowohl die umlaufende Stufe 42, 42', als auch die Abstandhalter 49, 49' sowie die Auswölbungen 54, 56, 54' für die Anbringung von Befestigungselementen in dem unteren Metallblech 38, 38' ausgebildet. Auch wird, wie nachfolgend erläutert wird, der Schweißpin bei Durchführung des Rührreibschweißens von der Seite des unteren Metallbleches 38, 38' aus in die Metallbleche 38, 38', 36 eingetaucht, wobei der Schweißpin sich dabei nicht bis durch das obere Metallblech 36 hindurch erstreckt. Dadurch wird erreicht, dass, wie in 3a dargestellt ist, die Deckseite des Wärmekollektormoduls 8, insbesondere die Deckseite des oberen Metallbleches 36, weitgehend glatt und optisch ansprechend bleibt. Ferner ist solch eine glatte Ausbildung der Deckseite des Wärmekollektormoduls 8 vorteilhaft im Hinblick auf die Vermeidung der Bildung von Ablagerungen.
-
Nachfolgend wird ein Herstellungsverfahren zur Herstellung eines, unter Bezugnahme auf die 3a–3c erläuterten Wärmekollektormoduls 8 beschrieben. Zunächst werden das untere Metallblech 38 und das obere Metallblech 36 bereitgestellt. Dabei werden die Metallbleche 36, 38 zunächst mit den entsprechenden Umrissen ausgeschnitten oder ausgestanzt. Ferner werden die umlaufende Stufe 42, die Auswölbungen 50 für die Abstandhalter 49 sowie die Auswölbungen 54, 56 für die Anbringung der Befestigungselemente durch Prägen in das untere Metallblech 38 geformt. Für die Ausbildung der Einlassöffnung 32 und der Auslassöffnung 34 wird zunächst ein (kleiner als der Durchmesser des Stutzens 52 ausgebildetes) Loch in das betreffende Metallblech 36 bzw. 38 gestanzt. Anschließend wird der Stutzen 52 durch Tiefziehen in das Metallblech 36 bzw. 38 geformt.
-
Die beiden Metallbleche 36, 38 werden als nächstes durch ein Rührreibschweißverfahren umlaufend entlang ihrer umlaufenden Randbereiche 46, 48 miteinander verbunden. Hierzu werden die beiden Metallbleche 36, 38 in einer relativen Anordnung, in der sie miteinander verbunden werden sollen, mit Hilfe von umlaufenden Spannleisten, die außenseitig der vorzusehenden Schweißnaht im Bereich des umlaufenden Randes 40 der beiden Metallbleche 36, 38 angeordnet werden, gegen einen entsprechenden Gegenhalter gespannt. Durch die Spannleisten werden die beiden Metallbleche 36, 38 in dem Bereich ihrer umlaufenden Randbereiche 46, 48 zusammengepresst.
-
Die Durchführung des Rührreibschweißverfahrens wird unter Bezugnahme auf 4 erläutert. Die beiden (zusammengepressten) umlaufenden Randbereiche 46, 48 der Metallbleche 36, 38 sind in 4 nur schematisch ohne die entsprechenden Spannleisten dargestellt. Ein Schweißpin 58 wird zunächst mit einer hohen Drehzahl in Rotation versetzt, wie durch den Pfeil 60 schematisch dargestellt ist. Anschließend wird der Schweißpin 58 (entlang der durch den Pfeil 62 angedeuteten Richtung) von der Seite des unteren Metallbleches 38 (in 4 oben angeordnet) durch dieses Metallblech 38 hindurch bis in das obere Metallblech 36 (in 4 unten angeordnet) eingetaucht. Dabei taucht der Schweißpin 58 in das obere Metallblech 36 nur ein, tritt jedoch nicht durch das obere Metallblech 36 hindurch. Anschließend wird der rotierende Schweißpin 58 in einer durch den Pfeil 64 angedeuteten Vorschubrichtung umlaufend entlang der umlaufenden Randbereiche 46, 48 um die beiden Metallbleche 36, 38 geführt. Der Schweißpin 58 ist während der Bewegung entlang der Vorschubrichtung jeweils im Wesentlichen senkrecht zu der Erstreckungsebene der umlaufenden Randbereiche 46, 48 in dem Eintauchbereich des Schweißpins 58 ausgerichtet. Um diese Voraussetzung auch in dem Bereich des zentralen, gewölbten Abschnittes 26 des Wärmekollektormoduls 7 zu erfüllen, wird das Verfahren bei einer 3-dimensional verlaufenden Schweißnaht vorzugsweise in einem 5-Achsen-Simultanschweißgerät durchgeführt.
-
Nach dem Verbinden der beiden Metallbleche 36, 38 entlang ihrer umlaufenden Randbereiche 46, 48 werden sie auch noch im Bereich der Anlagefläche der Abstandhalter 49 durch ein Rührreibschweißverfahren verbunden. Nachfolgend wird die Verbindung im Bereich eines Abstandhalters 49 erläutert. Hierzu werden die beiden Metallbleche 36, 38 zunächst zusammengepresst, indem ein den Schweißpin umgebender Druckstempel ausfährt und die beiden Metallbleche 36, 38 im Bereich der Anlagefläche des Abstandhalters 49 gegen einen gegenüberliegend angeordneten Gegenhalter presst. Der Druckstempel weist dabei vorzugsweise eine derartige Form und Größe auf, dass er innerhalb der Anlagefläche der Auswölbung 50 angeordnet ist. Als Gegenhalter kann eine Halterung für das Wärmekollektormodul 8 dienen, in der das Wärmekollektormodul 8 während der Durchführung des Rührreibschweißverfahrens gehalten wird. Anschließend wird der (mit hoher Drehzahl) rotierende Schweißpin so weit vorgefahren, dass er im Bereich der Anlagefläche von der Seite des unteren Metallbleches 38 durch dieses hindurch in das obere Metallblech 36 eingetaucht wird. Dabei taucht der Schweißpin in das obere Metallblech 36 nur ein, tritt jedoch nicht vollständig durch das obere Metallblech 36 hindurch. Dadurch bleibt die Deckfläche des oberen Metallbleches 36 weitgehend glatt. Bei der Verbindung der beiden Metallbleche 36, 38 im Bereich der Abstandhalter kann der Schweißpin wiederum entlang einer Vorschubrichtung (entlang der Haupterstreckungsfläche) bewegt werden. Dies ist aber nicht zwingend erforderlich. Vielmehr ist in der Regel eine punktuelle Verbindung ausreichend und der Schweißpin kann nach dem Eintauchen wieder zurückgezogen werden.
-
Das Rührreibschweißverfahren zur Verbindung der beiden Metallbleche 36, 38 im Bereich der Abstandhalter 49 kann dabei in dem gleichen Schweißgerät wie das Rührreibschweißverfahren zur Verbindung der beiden Metallbleche 36, 38 im Bereich ihrer umlaufenden Randbereiche 46, 48 durchgeführt werden.
