DE102011114053B4 - Method for producing a heat conducting device and heat conducting device for an absorber - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung einer Wärmeleitvorrichtung (10) durch Blasformen, wobei ein im wesentlichen schlauchförmiger Vorformling (20) aus einem thermoplastischen Kunststoff zwischen ein mehrteiliges Formwerkzeug gebracht und dort vor oder während des Schließens des mehrteiligen Formwerkzeugs (30) gespreizt und anschließend in dem geschlossenen Formwerkzeug (30) durch einen Luftstrom L aufgeweitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorformling (20) durch zwei in diesem angeordnete Sammelrohre (11, 12) gespreizt wird und dass die als Spreizen vorgesehenen Sammelrohre (11, 12) im Formwerkzeug und somit im Bauteil verbleiben.Process for producing a heat-conducting device (10) by blow molding, an essentially tubular preform (20) made of a thermoplastic plastic being placed between a multi-part mold and spread there before or during the closing of the multi-part mold (30) and then in the closed mold ( 30) is expanded by an air flow L, characterized in that the preform (20) is spread by two header pipes (11, 12) arranged in it and that the header pipes (11, 12) provided as spreaders remain in the mold and thus in the component ,
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Wärmeleitvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und eine Wärmeleitvorrichtung für einen Absorber gemäß Anspruch 8.The invention relates to a method for producing a heat conducting device according to the preamble of claim 1 and to a heat conducting device for an absorber according to claim 8.
Solarthermische Kollektoren sind allgemein bekannt. Sie weisen üblicherweise eine relativ flache und großflächige Absorberplatte auf, die Energie in Form von Licht aufnimmt, in Wärme umwandelt, und an ein Wärmeträgermedium abgibt, wobei das Wärmeträgermedium die Absorberplatte durchströmt.Solar thermal collectors are well known. They usually have a relatively flat and large-area absorber plate, which absorbs energy in the form of light, converts it into heat, and delivers it to a heat transfer medium, the heat transfer medium flowing through the absorber plate.
Im Stand der Technik sind verschiedene Ausführungsformen solcher solarthermischen Kollektoren beschrieben. Für gewöhnlich weist die zumeist flächig ausgebildete Wärmeleitvorrichtung ein erstes Sammelrohr zur Zuleitung des Wärmeträgermediums und ein mit diesem über einen oder mehrere Hohlräume oder Leitungen verbundenes zweites Sammelrohr zur Ableitung des Wärmeträgermediums auf, wobei insbesondere die Hohlräume oder Leitungen mit der Absorberplatte in Wärme leitendem Kontakt stehen und daher den eigentlichen Absorberbereich der Wärmeleitvorrichtung bilden. Die beiden Sammelrohre weisen üblicherweise einen größeren Durchmesser bzw. einen größeren Querschnitt auf, als die übrigen Hohlräume oder Leitungen im Absorberbereich. Besonders gebräuchlich sind zum Beispiel Ausgestaltungen mit einem 4- bis 5-fach größeren Durchmesser der Sammelrohre.Various embodiments of such solar thermal collectors are described in the prior art. Usually, the generally flat heat conducting device has a first manifold for supplying the heat transfer medium and a second manifold connected thereto through one or more cavities or conduits for discharging the heat transfer medium, wherein in particular the cavities or conduits are in heat conducting contact with the absorber plate therefore form the actual absorber area of the heat-conducting device. The two headers usually have a larger diameter or a larger cross section than the remaining cavities or lines in the absorber area. Particularly common are, for example, embodiments with a 4- to 5-fold larger diameter of the headers.
Um solche Wärmeleitvorrichtungen aus Kunststoff kostengünstig herstellen zu können, ist der Einsatz eines Blasformverfahrens wünschenswert. Beim Blasformen zur Herstellung von Hohlkörpern wird ein thermoplastischer Kunststoff in einem Extruder geschmolzen und als schlauchförmiger, formbarer Vorformling extrudiert. Anschließend wird der Vorformling an einer Seite zugedrückt und über eine Düse, die in den Vorformling eingeführt wird in einem den Vorformling umschließenden mehrteiligen Blasformwerkzeug aufgeblasen bis er an der Innenseite des formgebenden Blasformwerkzeugs anliegt und seine endgültige Form erreicht hat. Nach dem der Kunststoff in dem Blasformwerkzeug soweit abgekühlt wurde, bis er eine ausreichende Formsteifigkeit aufweist, kann das Blasformwerkzeug geöffnet und der fertig geformte Hohlkörper entnommen werden. Verfahrensbedingt weist der Hohlkörper an der Stelle, an der die Luft zum Aufblasen eingeleitet wurde, ein Loch auf, das gegebenenfalls nachträglich verschlossen werden muss.In order to be able to inexpensively produce such plastic heat-conducting devices, the use of a blow molding process is desirable. In blow molding for the production of hollow bodies, a thermoplastic material is melted in an extruder and extruded as a tubular, formable preform. The preform is then pressed on one side and inflated via a nozzle which is introduced into the preform in a multi-part blow molding tool enclosing the preform until it bears against the inside of the shaping blow molding tool and has reached its final shape. After the plastic in the blow mold has cooled down until it has a sufficient dimensional stability, the blow mold can be opened and the finished molded hollow body can be removed. Due to the process, the hollow body at the point at which the air was introduced for inflation, a hole that may need to be closed subsequently.
Die
Problematisch im Hinblick auf die Herstellung einer Wärmeleitvorrichtung mit Hilfe des Blasformverfahrens ist die Tatsache, dass die Sammelrohre und die Hohlräume oder Leitungen im Absorberbereich unterschiedliche Querschnitte bzw. Dicken aufweisen. Da die Sammelrohre üblicherweise einen größeren Durchmesser aufweisen, muss der Vorformling in diesen Bereichen besonders stark aufgedehnt werden. Folglich ist die beim Blasformverfahren in diesen Bereichen erzielte Wandstärke geringer als die Wandstärke im Absorberbereich. Dies ist äußerst unvorteilhaft, weil die Sammelrohre vor allem bei der Montage des Kollektors einer besonders großen mechanischen Belastung ausgesetzt sind, während im Absorberbereich eine besonders geringe Wandstärke wünschenswert ist, damit die Wärme möglichst rasch aufgenommen und optimal weitergeleitet werden kann.The problem with regard to the production of a heat conduction device with the aid of the blow molding process is the fact that the collecting tubes and the cavities or lines in the absorber area have different cross sections or thicknesses. Since the headers usually have a larger diameter, the preform must be particularly strong in these areas. Consequently, the wall thickness achieved in the blow molding process in these areas is less than the wall thickness in the absorber area. This is extremely unfavorable because the headers are exposed to a particularly large mechanical load, especially during assembly of the collector, while in the absorber area a particularly small wall thickness is desirable so that the heat can be absorbed as quickly as possible and passed on optimally.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine robuste Wärmeleitvorrichtung für einen flächigen Absorber zur Verfügung zu stellen, die eine rasche und effiziente Wärmeleitung ermöglicht und die zugleich mit einfachen Mitteln kostengünstig bereitgestellt werden kann. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein kostengünstiges und einfaches Verfahren zur Herstellung einer solchen Wärmeleitvorrichtung zur Verfügung zu stellen.The invention has for its object to provide a robust heat conducting device for a flat absorber available, which allows rapid and efficient heat transfer and which can be provided at the same time inexpensively by simple means. Furthermore, it is an object of the invention to provide a cost-effective and simple method for producing such a heat-conducting device.
Erfindungsgemäß wird dies mit den Merkmalen der Patentanspruche 1 und 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.This is achieved with the features of claims 1 and 8 according to the invention. Advantageous developments are shown in the respective subclaims.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Wärmeleitvorrichtung durch Blasformen, wobei ein im wesentlichen schlauchförmiger Vorformling aus einem thermoplastischen Kunststoff zwischen ein mehrteiliges Formwerkzeug gebracht wird und dort vor oder während des Schließens des mehrteiligen Formwerkzeugs gespreizt und anschließend in dem geschlossenen Formwerkzeug durch einen Luftstrom L aufgeweitet wird, sieht die Erfindung vor, dass der Vorformling durch zwei in diesem angeordnete Sammelrohre gespreizt wird und dass die als Spreizen vorgesehenen Sammelrohre im Formwerkzeug und somit im Bauteil verbleiben.In a method according to the invention for producing a heat conduction device according to the invention by blow molding, wherein a substantially tubular preform made of a thermoplastic material is brought between a multi-part mold and there spread before or during the closing of the multi-part mold and then expanded in the closed mold by an air flow L. is, the invention provides that the preform is spread by two arranged in this manifolds and that provided as spreaders headers remain in the mold and thus in the component.
Dazu sind die als Spreizen vorgesehenen Sammelrohre im Formwerkzeug an den Enden fixiert, wobei vorzugsweise im unteren Bereich Zangen und/oder zugeordnete Aufnahmehülsen an einem Spreizschlitten sowie im oberen Bereich Zangen an einer Auskragung des Formwerkzeuges vorgesehen sind. Dadurch wird die Summe der Biegemomente in den Spreizen reduziert.For this purpose, provided as spreaders collecting pipes are fixed in the mold at the ends, preferably in the lower region pliers and / or associated receiving sleeves are provided on a spreading slide and in the upper region pliers on a projection of the molding tool. This reduces the sum of the bending moments in the struts.
Vorteilhafterweise werden die im Formvorgang am Formwerkzeug fixierten Enden der Sammelrohre nach Abschluss des Formvorgangs freigegeben, indem die Zangen und/oder Aufnahmehülsen im unteren Bereich abgesenkt und die Zangen im oberen Bereich geöffnet werden. Für einen sicheren Fertigungsprozess ist dieses Freigeben der Sammelrohre vor dem Öffnen der Form sehr wichtig, weil sich im Moment der Druckentlastung, also der Entlüftung des Bauteils, und noch stärker nach der Formöffnung, der Großteil der Schwindung im Bauteil einstellt. Ohne das Lösen der Arretierung käme es ansonsten zu Spannungen zwischen den Spreizen, welche die diese möglicherweise deformieren können. Daher müssen die Rohre sowohl vom Spreizschlitten als auch von den Zangen getrennt werden.Advantageously, the ends of the headers fixed in the molding process to the mold are released after completion of the molding process by lowering the pliers and / or receiving sleeves in the lower region and the pliers are opened in the upper region. For a safe manufacturing process, this release of the manifolds before opening the mold is very important, because at the moment of pressure relief, so the venting of the component, and even more after the mold opening, the majority of the shrinkage in the component. Without releasing the lock, there would otherwise be tensions between the struts which could possibly deform them. Therefore, the tubes must be separated from both the spreader and the pliers.
Bei einem derartigen Verfahren wird der Vorformling somit nicht durch Spreizdorne, sondern durch zwei in diesem angeordnete Sammelrohre gespreizt. Aus diesem Grund kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auf die Verwendung von Spreizdornen verzichtet werden, so dass der maschinelle Aufbau der zu verwendenden Blasformvorrichtung besonders einfach ist. Außerdem entfällt der üblicherweise an den Spreizdornen auftretende Materialüberstand, weshalb bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfreulich wenig Materialabfall anfällt.In such a method, the preform is thus not spread by expanding mandrels, but by two arranged in this manifold. For this reason, the use of expanding mandrels can be dispensed with in the method according to the invention, so that the mechanical construction of the blow-molding device to be used is particularly simple. In addition, the material supernatant usually occurring at the Spreizdornen, which is why in the method according to the invention pleasingly little material waste is obtained.
Von besonders großem Vorteil ist jedoch, dass die Ausbildung des einstückigen Kunststoffkörpers von der Bereitstellung der Sammelrohre unabhängig ist. Dies ermöglicht, dass die Sammelrohre eine größere Wandstärke aufweisen können, als die den Hohlraum umgebende Wandung. Vorteilhaft ist auch, dass die Wärmeleitvorrichtung nach Abschluss des Blasformverfahrens fertig ausgebildet ist, weil weder nachträglich Spreizdorne entfernt, noch die dadurch entstehenden Löcher verschlossen werden müssen. Dies ermöglicht eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung.Of particular advantage, however, is that the formation of the one-piece plastic body is independent of the provision of the manifolds. This allows the headers to have a greater wall thickness than the wall surrounding the cavity. It is also advantageous that the heat conducting device is finished after completion of the blow molding, because neither subsequently removed expanding mandrels, nor the resulting holes must be closed. This allows a particularly simple and inexpensive production.
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht ferner vor, dass der Luftstrom L über wenigstens ein Sammelrohr in den Vorformling geleitet wird. Auf diese Weise kann nicht nur auf die Einblasdüse verzichtet werden, sondern auch das nachträgliche Verschließen eines Loches entfällt. Stattdessen wird der Luftstrom L direkt über die ohnehin zumindest einseitig offenen Sammelrohre eingebracht. Zugeführt wird die Luft dabei in einer vorteilhaften Ausgestaltung über den Spreizschlitten und die untere Fixierung.A preferred embodiment of the method according to the invention further provides that the air flow L is passed through at least one collecting tube in the preform. In this way, not only can be dispensed with the injection nozzle, but also eliminates the subsequent closing of a hole. Instead, the air flow L is introduced directly via the anyway open at least one side manifolds. The air is supplied in an advantageous embodiment of the spreading slide and the lower fixation.
Davon ausgehend sieht eine wichtige Weiterbildung vor, dass der Luftstrom über die seitliche Öffnung aus dem Sammelrohr austritt. Auf diese Weise kann der Hohlraum, über den die beiden Sammelrohre miteinander verbunden sind, besonders einfach bereitgestellt werden.Based on this, an important further development provides that the airflow exits the collecting pipe via the lateral opening. In this way, the cavity through which the two manifolds are connected to each other, particularly easy to be provided.
Eine weitere wichtige Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet, dass das Sammelrohr während dem Einbringen des Luftstroms L einseitig abgedichtet und nach Erkalten der Wärmeleitvorrichtung wieder geöffnet wird. Durch das Abdichten des Sammelrohrs wird ein effektives Einblasen des Luftstroms in den Vorformling erreicht. Nach dem Erkalten der Wärmeleitvorrichtung wird das Sammelrohr wieder geöffnet und steht somit wieder zur üblichen Verwendung wie zum Beispiel zum Einleiten oder Ableiten des Wärmeleitmediums zur Verfügung.Another important embodiment of the invention includes that the collecting tube is sealed on one side during the introduction of the air flow L and opened again after cooling of the heat conducting device. By sealing the manifold, an effective blowing of the air flow is achieved in the preform. After cooling of the heat-conducting device, the collecting pipe is opened again and is thus available again for normal use, for example for introducing or discharging the heat-conducting medium.
Bei einer Wärmeleitvorrichtung zur Aufnahme eines Wärmeträgermediums für einen flächigen Absorber eines solarthermischen Kollektors, die ein erstes Sammelrohr zur Zuleitung des Wärmeträgermediums und ein zweites Sammelrohr zur Ableitung des Wärmeträgermediums umfasst, wobei die Sammelrohre jeweils wenigstens eine seitliche Öffnung aufweisen, über die sie mit einem Hohlraum verbunden sind, sieht die Erfindung vor, dass der Hohlraum in einem einstückigen Kunststoffkörper ausgebildet ist, und dass die beiden Sammelrohre in dem Kunststoffkörper eingefasst sind.In a heat conducting device for receiving a heat transfer medium for a flat absorber of a solar thermal collector comprising a first manifold for supplying the heat transfer medium and a second manifold for discharging the heat transfer medium, wherein the manifolds each have at least one lateral opening, via which they are connected to a cavity are, the invention provides that the cavity is formed in a one-piece plastic body, and that the two manifolds are enclosed in the plastic body.
Das erfindungsgemäß vorgesehene einstückige Kunststoffprofil kann kostengünstig durch ein Blasformverfahren aus einem geeigneten thermoplastischen Kunststoff hergestellt werden. Durch das Einfassen der beiden Sammelrohre in das einstückige Kunststoffkörper werden die Sammelrohre der Wärmeleitvorrichtung zusätzlich verstärkt und zugleich eine robuste Verbindung zwischen den einzelnen Komponenten geschaffen.The inventively provided one-piece plastic profile can be inexpensively made by a blow molding of a suitable thermoplastic material. By enclosing the two manifolds in the one-piece plastic body, the headers of the heat-conducting device are additionally reinforced while creating a robust connection between the individual components.
Durch die separate Ausbildung der Sammelrohre und des Kunststoffkörper wird außerdem erreicht, dass jede Komponente optimal an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden kann. Beispielsweise können die Sammelrohre vergleichsweise dickwandig ausgebildet werden, um der hohen mechanischen Belastung der Sammelrohre bei der Montage des solarthermischen Kollektors gerecht zu werden. Unabhängig davon ermöglicht die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Wärmeleitvorrichtung, dass die den Hohlraum umgebende Wandung zugleich so dünnwandig ausgebildet werden kann, dass eine optimale Wärmeübertragung auf das Wärmeträgermedium möglich ist. Eine derart ausgestaltete Wärmeleitvorrichtung ist daher effizient und zugleich robust.Due to the separate design of the headers and the plastic body is also achieved that each component can be optimally adapted to the particular requirements. For example, the headers can be made comparatively thick-walled to meet the high mechanical stress of the headers during assembly of the solar thermal collector. Independently of this, the inventive design of the heat-conducting device makes it possible for the wall surrounding the cavity at the same time to be so thin-walled that optimum heat transfer to the heat transfer medium is possible. A heat conducting device designed in this way is therefore efficient and at the same time robust.
Eine wichtige Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein Sammelrohr eine Verdrehsicherung aufweist. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass das Sammelrohr in dem Kunststoffkörper nicht verdreht werden kann. Bei der Verdrehsicherung handelt es sich bevorzugt um eine an dem Sammelrohr ausgebildete Nase, eine Sicke oder um einen Vorsprung der bzw. die mit einer entsprechenden Ausformung am Kunststoffkörper in Eingriff steht. An important embodiment of the invention provides that a manifold has an anti-rotation. In this way it is ensured that the manifold in the plastic body can not be twisted. The anti-twist device is preferably a nose formed on the collecting tube, a bead or a projection which engages with a corresponding shape on the plastic body.
Eine andere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beinhaltet, dass die Sammelrohre ein Dichtmittel aufweisen. Das Dichtmittel verhindert, dass zwischen den Rohren und dem Kunststoffkörper Wärmeträgermedium austreten kann. Bevorzugt ist das Dichtmittel ein das Sammelrohr umschließender Ring gefertigt aus einem elastischen Material wie beispielsweise Gummi. Ein derartiges Dichtmittel ist einfach und kostengünstig in unterschiedlichen Ausgestaltungen erhältlich und kann bei der Herstellung der Wärmeleitvorrichtung einfach auf das Sammelrohr aufgesetzt werden. Aber auch andere zweckmäßige Ausführungen, wie ein Dichtband oder ein am Sammelrohr aus- oder angeformter Dichtkragen oder ein Dichtring sind denkbar.Another preferred embodiment of the invention includes that the headers have a sealant. The sealant prevents heat transfer medium from escaping between the tubes and the plastic body. Preferably, the sealing means is a ring surrounding the manifold made of an elastic material such as rubber. Such a sealant is easily and inexpensively available in different configurations and can be easily placed on the manifold in the manufacture of the heat conducting device. However, other expedient embodiments, such as a sealing band or a sealing collar formed on or molded onto the manifold or a sealing ring are conceivable.
Bei einer erfindungsgemäßen Wärmeleitvorrichtung weist jedes Sammelrohr bevorzugt wenigstens eine Öffnung auf. Somit kann gewährleistet werden, dass der Hohlraum möglichst gleichmäßig von dem Wärmeträgermedium durchspült wird. Außerdem schafft die wenigstens eine Öffnung ein Mittel zur raschen Zu- und Ableitung des Wärmeträgermediums. Die Querschnitte der Öffnungen können variieren, um einen positions- und druckabhängig angepassten Strömungsquerschnitt zu erreichen, welcher für eine gleichmäßige Verteilung des Wärmeträgermediums über die Absorberfläche sorgt.In a heat conducting device according to the invention, each collecting tube preferably has at least one opening. Thus, it can be ensured that the cavity is flushed as evenly as possible by the heat transfer medium. In addition, the at least one opening provides a means for rapid supply and discharge of the heat transfer medium. The cross-sections of the openings can vary in order to achieve a position and pressure-dependent adapted flow cross-section, which ensures a uniform distribution of the heat transfer medium over the absorber surface.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigen:Further features, details and advantages of the invention will become apparent from the wording of the claims and from the following description of exemplary embodiments with reference to the drawings. Show it:
Ober- und unterhalb jeder seitlichen Öffnung
Die
Der Vorformling
Der Vorformling
Der Vorformling
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Wärmeleitvorrichtungheat conducting
- 1111
- Sammelrohrmanifold
- 1212
- Sammelrohrmanifold
- 1313
- Hohlraumcavity
- 1414
- KunststoffkörperPlastic body
- 1515
- Klemmeclamp
- 1616
- Öffnungopening
- 1717
- Dichtmittelsealant
- 2020
- Vorformlingpreform
- 3030
- erste Hälfte des Formwerkzeugsfirst half of the mold
- 3131
- zweite Hälfte des Formwerkzeugssecond half of the mold
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