DE3225764A1 - Multi-layer lightweight unit, especially panel heat exchanger, and process and injection head for manufacturing it from plastics - Google Patents
Multi-layer lightweight unit, especially panel heat exchanger, and process and injection head for manufacturing it from plasticsInfo
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Abstract
Description
Mehrschaliger Leichtbauhohlkörper, insbesondere Flächen-Multi-shell, lightweight hollow body, in particular flat
wärmetauscher sowie Verfahren und Spritzkopf zu seiner Herstellung aus Kunststoff Die Erfindung betrifft einen mehrschaligen Leichtbauhohlkörper, insbesondere Flächenwärmetauscher, aus Kunststoff, der vor allem als Solarenergieabsorber zur vorwiegend indirekten Gewinnung von Umweltenergie aus der Umgebungsluft für die Gebäudeheizung aber auch als Fußbodenheizkörper Verwendung finden soll.heat exchanger as well as process and spray head for its manufacture made of plastic The invention relates to a multi-shell lightweight hollow body, in particular Surface heat exchanger, made of plastic, which is primarily used as a solar energy absorber predominantly indirect production of environmental energy from the ambient air for the Building heating should also be used as underfloor heating.
Derartige Absorberhohlplatten werden ständig von einer relativ zu Wasser zäheren Wärmeträgerfldssigkeit, deren Temperatur durch eine Wärmepumpe unter dem Umgebungsniveau gehalten wird, mit Überdruck durchströmt. Strömungs- und Wärmedurchgangswiderstand dürfen nur gering sein, um Verluste zu vermeiden. In energetischer Hinsicht ist es am günstigsten, wenn die wärmeabgebende (innere) Oberfläche gleich der wärmeaufnehmenden (äußeren) Oberfläche ist und die Wand eine geringe Dicke hat. Daher kommt der Führung der Flüssigkeit und damit Ausbildung der Kernstruktur entscheidende Bedeutung zu.Such hollow absorber panels are constantly from a relative to Water tougher heat transfer fluid, the temperature of which is reduced by a heat pump the ambient level is maintained, flows through with overpressure. Flow and heat transfer resistance may only be small in order to avoid losses. In energetic terms it is it is best if the heat-emitting (inner) surface is the same as the heat-absorbing one (outer) surface and the wall has a small thickness. Hence the leadership the fluid and thus the formation of the core structure is of decisive importance.
Sie muß den entgegenstehenden Festigkeitsforderungen ebenfalls voll entsprechen; denn großflächige plattenartige Hohlkörper neigen schon bei geringem Überdruck zum Ausbeulen und Bersten.You must also fully meet the opposing strength requirements correspond; because large plate-like hollow bodies tend even with a small amount Overpressure for bulging and bursting.
Wegen der zeitweilig sehr kleinen Umgebungsenergiedichte sind relativ große Absorberflächen erforderlich. Das bedingt ein wirtschaftliches Herstellungsverfahren. Diese wirkungsgradgemäßen Bedingungen, dazu weitere, naheliegende Erfordernisse wie Korrosions- und Witterungsbeständigkeit sollten bei der Konzeption solcher Wärmetauscher weitestgehend berücksichtigt werden.Because of the temporarily very low ambient energy density are relative large absorber areas required. This requires an economical manufacturing process. These efficiency-related conditions, plus additional, obvious requirements such as corrosion and weather resistance should be considered when designing such heat exchangers should be taken into account as far as possible.
Ein bereits bekanntes System der eingangs geschilderten Art besteht aus zwei kunststoffbeschichteten Gewebebahnen, die durch ein textiles Innengewebe aus Bindefäden bei Innendruck auf Abstand gehalten werden. Die Ränder sind mit dem Beschichtungsvorgang durch ein spezielles Konfektionsverfahren verschlossen worden. Zwei Anschlußstutzen liegen einander diagonal gegenüber (Zeitschrift Sonnenenergie & Wärmepumpe" Jahrgang 6/1981, Heft 1, Seiten 27 bis 34). Diese dünnen Abstandsgewebefäden sind nicht druck- und knickfest angelegt und verformen sich schon bei geringer äußerer Belastung. Beim Begehen oder Verbiegen werden die Gewebebahnen zusammengedrückt, der Innenquerschnitt verengt und der Durchfluß gestört. Da die Absorberbahn nicht selbsttragend ist, muß sie zwecks Ausnutzung der Oberflächen beider Seiten in sperrige Rahmengestelle eingespannt werden. Sie ist daher auch als Fußbodenheizmatte mit günstigen Transport- und Verlegeeigenschaften konzipiert worden. Eine ausreichende Lichtdurchlässigkeit, beispielsweise für die Benutzung als Wand- und Dachbauelement mit Absorberfunktion, läßt sich nicht erreichen. Die Soleflüssigkeit hat beim Durchströmen die Tendenz, vorwiegend diagonal, auf kürzestem Weg, vom Eintritts- zum Austrittsstutzen zu fließen und in den anderen Diagonalecken ruhende oder verwirbelte Bereiche zu bilden.There is an already known system of the type described above made of two plastic-coated fabric panels, which are connected by a textile inner fabric made of binding threads are kept at a distance under internal pressure. The edges are with that Coating process has been closed by a special manufacturing process. Two connection pieces are diagonally opposite each other (magazine Sonnenenergie & Heat Pump "Volume 6/1981, Issue 1, Pages 27 to 34). These thin spacer fabric threads are not designed to withstand pressure and kinking and deform even with a slight external impact Load. When walking on or bending the fabric webs are compressed, the inner cross-section narrows and the flow is disturbed. Since the absorber track is not is self-supporting, it must be bulky in order to utilize the surfaces of both sides Frame racks are clamped. It is therefore also available as an underfloor heating mat has been designed with favorable transport and installation properties. A sufficient one Light transmission, for example for use as a wall and roof construction element with absorber function, cannot be achieved. The brine liquid has when flowing through the tendency, predominantly diagonally, to take the shortest route, from entry to flow to the outlet connection and in the other diagonal corners dormant or swirled Form areas.
Zu den bekannten Absorbersystemen gehört auch die sogenannte Stegdoppelplatte, bei der zwei Kunststoffplatten durch parallele Vollstege verbunden sind, so daß sie im Querschnitt gesehen eine Reihe nebeneinanderliegender etwa quadratischer Rohrkanäle bilden. Diese Platte ist zwar selbsttragend und stabil, unterscheidet sich aber von dem zuvor- behandelten Absorbertyp durch einige Nachteile: Die Stirnflächen müssen in einem zusätzlichen aufwendigen Klebe-, Schweiß- oder Vulkanisiervorgang mit Je einem Verteilerrohr und Anschlußstutzen verbunden werden, um alle Einzelkanäle zusammenzufassen.The well-known absorber systems also include the so-called double-walled sheet, in which two plastic plates are connected by parallel full webs, so that seen in cross-section, a number of juxtaposed roughly square ones Form pipe channels. Although this plate is self-supporting and stable, it differs However, it differs from the previously treated type of absorber by some disadvantages: The end faces must in an additional complex gluing, welding or vulcanizing process each with a manifold and connecting piece to be connected to all individual channels summarize.
Ein weiterer bedeutsamer Nachteil ist der relativ zur vollflächigen Durchstörmung große Reibungsverlust der Sole in den vielen engen Kanälen. Er verringert den Wind kungsgrad erheblich. Außerdem verlängern die Stegflächen den Wärmeweg. Gewicht und Materialaufwand sind größer durch die voll durchgehenden Stege.Another significant disadvantage is that relative to the full area Corruption caused great friction loss of the brine in the many narrow channels. He diminishes the degree of wind considerably. In addition, the web surfaces extend the heat path. Weight and material costs are greater due to the fully continuous webs.
(Prospekt der Fa. BBC: Solarwatt-Kollektor M).(Brochure from BBC: Solarwatt collector M).
Weitere gebräuchliche Ausführungen sind der Rohrregister- und der ~Rollbond"-Platten-Wärmetauscher. Sie haben ebenfalls viele aufwendige und störungsanfällige Verbindungsstellen, große Reibungsverluste der Wärmeträgerflüssigkeit oder längere Wärmewege (Prospekte der Firmen Genkinger und VDM). Keines der erwähnten Systeme wird in einem einzigen Arbeitsgang vom Kunststoff- Rohstoff zur fertigen Absorberplatte hergestellt (ausschließlich der Montage der Anschlußstutzen).Other common designs are the pipe register and the ~ Rollbond "plate heat exchangers. You also have many complex and fault-prone ones Connection points, large friction losses of the heat transfer fluid or longer Heat paths (brochures from Genkinger and VDM). None of the systems mentioned is transformed from a plastic raw material into a finished absorber plate in a single work step manufactured (excluding the assembly of the connecting pieces).
Aufgabe der Erfindung ist, einen sich selbst tragenden Leichtbauhohlkörper, insbesondere Flächenwärmetauscher, mit günstigen Wärmedurchgangseigenschaften und der Möglichkeit der Lichtdurchlässigkeit zu schaffen, welcher den inneren und äußeren mechanischen Belastungen hohen und der gleichmäßig verteilten Strömung der Wärmeträgerflüssigkeit geringen Widerstand bietet und der dazu durch ein wirtschaftliches Extrusionsverfahren als homogene stoffliche Einheit vollautomatisch in einem Arbeitsgang durch einen einfach aufgebauten Spritzkopf herstellbar ist.The object of the invention is to provide a self-supporting lightweight hollow body, especially surface heat exchangers, with favorable heat transfer properties and the possibility of light transmission, which the inner and external mechanical loads and the evenly distributed flow of the Heat transfer fluid offers low resistance and this by an economical Extrusion process as a homogeneous material unit fully automatically in one work step can be produced by a simply constructed spray head.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß nach Anspruch 1 dadurch gelöst, daß die Umfassungsschalen über einen Dreiecks-Stabfachwerkskern miteinander zu einer stoffschlüssigen Einheit verbunden sind und daß der Hohlkörper insgesamt homogenes inneres Gefüge aufweist. Ein solcher räumlicher Dreiecksstabfachwerks-Verband erfüllt als statisches Tragsystem die Forderung nach oher Druck-, Zug-, Biege-, Schub- und Torsionsfestigkeit gleichermaßen, bei geringem räumlichem Füllungsgrad und Gewicht auf günstigste Weise. Jeweils vier knick- und zugfeste Stäbe, die in den Kanten eines Pyramidensystems angeordnet sind, treffen sich wechselweise in einem Punkt inn#erhalb, auf oder nahe einer Umfassungsschale. Sie können entweder die Schalen oder Je einen rippenartigen Vorsprung der Umfassungsschalen stoffschlüssig durchdringen. Diese Geometrie des Leichtbaukörpers erlaubt es, die Schalen relativ dAnn zu bemessen, wegen der großen Anzahl dünner Stäbe mit engen Abständen der Verbindungspunkte, und sie läßt sich als kontinuierliche Einheit direkt und einfach im Extrusionsverfahren herstellen.This object is achieved according to the invention according to claim 1 in that that the enclosing shells are connected to one another via a triangular rod framework core cohesive unit are connected and that the hollow body is overall homogeneous having internal structure. Such a spatial triangular bar framework is fulfilled as a static support system, the requirement for high compression, tension, bending, shear and Torsional strength in equal measure, with little space and weight in the cheapest way. Four kink-resistant and four tensile-resistant rods each, which are in the edges a pyramid system are arranged, meet alternately at one point inside, on or near a surrounding shell. You can either use the bowls or each penetrate a rib-like projection of the enclosing shells materially. This geometry of the lightweight body allows the shells to be dimensioned relatively thin, because of the large number of thin rods with narrow spacing of the connection points, and it can be used as a continuous unit directly and easily in the extrusion process produce.
Aus der Besonderheit des energiesparenden Herstellverfahrens gemäß Anspruch 3, bei dem alle Teile des gesamten Leichtbaukörperquerschnittes gleichzeitig extrudiert und unmittelbar aus der Erzeugungswärme durch Druckmittelstöße verschweißt werden, ergibt sich die Möglichkeit, daß gemäß Anspruch 2 Umfassungsschalen sowie Kernstäbe und Schweißbereiche etwa gleiche festigkeitsgerechte molekulare Orientierungszustände aufweisen. Andere Verbindungsverrahren mit vorgefertigten Teilen, etwa das Schweissen oder Kleben, sind umständlich und erfordern ein Wiedererwärmen und damit Beeinträchtigen der Orientierungsstruktur (allgemein ist die Schweißbarkeit von Kunststoffteilen mit eingefrorener Orientierung schwieriger als von nichtorientierten, isotropen Teilen) oder sind unsicher -etwa beim Kleben von Polyolefinen -, verändern die Struktur durch Anlösen und beinhalten die Aufnahme von Fremdstoffen mit Korrosions- und Kerbwirkungsgefahr.From the peculiarity of the energy-saving manufacturing process according to Claim 3, in which all parts of the entire lightweight body cross-section simultaneously extruded and directly from the heat generated by pressure medium surges are welded, there is the possibility that according to claim 2 enclosing shells as well as core rods and weld areas approximately the same strength-appropriate molecular Have orientation states. Other connection methods with prefabricated Parts, such as welding or gluing, are cumbersome and require reheating and thus impairment of the orientation structure (general is the weldability plastic parts with frozen orientation more difficult than non-oriented ones, isotropic parts) or are unsafe - e.g. when gluing polyolefins - change the structure by dissolving and contain the absorption of foreign substances with corrosion and risk of notch effects.
Das Herstellverfahren wie es nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 3 vorgeschlagen wird, geht aus von den nach der DE-PS 17 79 330 und derDE-OS 23 36 313 bekannten Verfahren. Dort jedoch werden völlig andere Erzeugnisse mit anderen Anwendungsgebieten und dem Nachteil gröberen Materialbedarfs hergestellt: Die Auslenkung der flachen StrEnge erfolgt auf kürzestem Wege, ihre Systemgeometrie ist nicht zickzackförmig-räu'mli'ch, sondern bleibt in einer Zylindermantel- oder ebe#en'F1äöhe. Die wechselnde Bewegungsrichtung Je zweier einzelner~Kernstäbe-ist dagegen bei der Erfindung räumiich-scÄrägjauf einander zu und gleichzeitig auf Jeweils eine der Umfassungsschalen gerichtet, wonach dann die gleichzeitige puntkförmige Verschweißung aller drei frisch extrudierten Elemente erfolgt. Bei den bekannten Verfahren werden die streifenförmigen Wabenwandelemente mit ihrer gesamten äusseren Seitenfläche in einem nachfolgenden Arbeitsgang kontinuierlich mit nur einem Außenmantel verbunden. Mit diesen bekannten Verfahren und Spritzköpfen läßt sich der Leichtbaukörper nach der Erfindung nicht herstellen.The manufacturing process as it is according to the characteristic features of the Claim 3 is proposed is based on the DE-PS 17 79 330 and the DE-OS 23 36 313 known processes. However, there are completely different products with other areas of application and the disadvantage of coarser material requirements: The deflection of the flat string takes place on the shortest path, its system geometry is not zigzag-spatially, but remains in a cylinder jacket or ebe # en'F1äöhe. The alternating direction of movement is for two individual ~ core rods on the other hand, with the invention spatially skewed towards each other and at the same time towards each other directed one of the enclosing shells, after which the simultaneous point-shaped All three freshly extruded elements are welded together. With the known The strip-shaped honeycomb wall elements with their entire exterior are method Side surface in a subsequent work step continuously with only one outer jacket tied together. With these known methods and spray heads, the lightweight body do not produce according to the invention.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind insbesondere in der Erschließung einer weiteren, leichtbaugemäßen Dimension für die schwingende Bewegung des'gesamten gleichbleibenden Querschnitts der Kernstabelemente mit erheblicher Materialeinsparung bei berührungslosem Betrieb, ohne die Verwendung beweglicher Teile, zu sehen.The advantages of the method according to the invention are in particular in the development of a further, lightweight dimension for the swinging one Movement of the entire constant cross-section of the core rod elements with considerable Material savings with contactless operation without the use of movable ones Share, see.
Durch die Maßnahme nach Anspruch 4, das anschließende Recken in Längs- und/oder Querrichtung des noch thermoplastischen Hohlkörpers, wird die Molekülorientierung und damit die Festigkeit erhöht. Zusätzlich ergibt sich hierbei die Möglichkeit, die Dicke des Hohlkörpers zu Verringern wie dies für einen Flächenwärmetauscher erwünscht ist, Das erlaubt, die Druckmitteldüsen und die Kunststoffmassedüsen größer zu gestalten und baulichen Raum beim Spritzkopf zu gewinnen.By the measure according to claim 4, the subsequent stretching in longitudinal and / or the transverse direction of the still thermoplastic hollow body, becomes the molecular orientation and thus increases the strength. In addition, there is the possibility of to reduce the thickness of the hollow body like this for a surface heat exchanger is desirable, that allows the pressure medium nozzles and the plastic mass nozzles to be larger to design and to gain structural space for the spray head.
Die kontinuierliche Fertigungsweise erfordert das taktgemäße Ablängen und Dichtschweißen zum geschlossenen Einzelhohlkörper. Nach Anspruch 5 wird zum vorteilhaften gleichzeitigen Verschließen von Fertigteilende und Neuteilanfang sowie Ablängen eine rechtwinklig zur Extrusionsrichtung verlaufende Quetschnaht durch zwei zusammen fahrende Druckschweißleisten, und ein Trennschnitt durch ein in deren Mitte angeordnetes Messerblatt ausgeführt.The continuous production method requires cutting to length in accordance with the cycle and sealing welding to form the closed individual hollow body. According to claim 5 is for advantageous simultaneous closing of the end of the finished part and the beginning of the new part as well Cut a pinch seam at right angles to the extrusion direction two pressure sealing bars moving together, and a separating cut through one of them Executed knife blade arranged in the middle.
Zusätzlich werden gleichzeitig beiderseits daneben schräge Querkerben in die obere und/oder untere Umfassungsschale eingeprägt. Sie haben die rheologische Aufgabe, die Strömungsgeschwindigkeiten der Wärmeträgerflüs s igkeit durch Anpassung der freien Strömungsquerschnitte an die Druckverhältnisse gleichmäßig über die ganze Breite des Hohlkörpers zu verteilen: In Nähe des Anschlußstutzens ist der Querschnitt verengt; er erweitert sich mit dem Abstand vom Stutzen. So werden verlustbringende Wirbel und ruhende Bereiche vermieden. Dabei können auch die zwei Löcher für die Klebe- oder Schweißmontage der Anschlußstutzen eingestanzt werden.In addition, inclined transverse notches are created on both sides at the same time embossed in the upper and / or lower outer shell. You have the rheological Task to adjust the flow rates of the heat transfer fluid the free flow cross-sections to the pressure conditions evenly over the whole Distribute the width of the hollow body: The cross-section is close to the connecting piece narrowed; it expands with the distance from the nozzle. So become loss-making Avoid vertebrae and resting areas. The two holes for the Adhesive or welded assembly of the connecting pieces are punched.
Zur Ausübung des Verfahrens nach den Ansprüchen 3,4 oder 5 eigqnt sich in besonderer Weise der Spritzkopf gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 6. Er löst die anspruchsvolle Aufgabe der ständigen, exakt gesteuerten Bewegungsabläufe und Schweißvorgänge auf kleinem Raum mit einfachem Aufbau. Wollte man alternativ beispielsweise zur Bewegung der frisch extrudierten Kernstäbe mechanisch gesteuerte Auslenk- und Schweißdruckfinger benutzen, so entstünden Schwierigkeiten bei der Berührung wegen der Klebewirkung der heißen Kunststoffmasse, ganz abgesehen von den Problemen bei dem kinematisch komplizierten und wegen des beengten Raumes sehr kleinen Getriebe, Verschleiß-, Dichtungs- und Antriebsprobleme sind dagegen hier völlig vermieden. Bewegliche, die Kunststoffmasse berührende Steuerungsteile sind entbehrlich. Als Druckmittel können Preßgase (Preßluft), Flüssigkeiten -auch Schaumbildner -, Granulate und wirtschaftlich am Arbeitsort zu erzeugende Dämpfe (Wasserdampf) dienen. Durch den wechselnden Querversatz in der Anordnung der Druckmitteldüsen innerhalb einer Zickzacklinie zwischen den gleichmäßig in einer Reihe angeordneten Kunststoffkernstabdüsen wird der Bewegungsablauf der Kernstäbe gegenüber den bekannten Spritzköpfen um einen Freiheitsgrad erweitert. Im Spritzkopf verarbeitbar sind alle schweiß-und klebbaren Formstoffe, auch (glas)faserverstärkte Typen.To exercise the method according to claims 3, 4 or 5 eigqnt in a special way the spray head according to the characterizing features of the Claim 6. It solves the demanding task of constant, precisely controlled Movement sequences and welding processes in a small space with a simple structure. Wanted to alternatively, for example, to move the freshly extruded core rods mechanically Using controlled deflection and welding pressure fingers, difficulties would arise quite apart from the touch because of the adhesive effect of the hot plastic compound from the problems with the kinematically complicated and because of the cramped space very small gears, wear, sealing and drive problems are on the other hand completely avoided here. Movable control parts in contact with the plastic compound are dispensable. Compressed gases (compressed air), liquids, too, can be used as pressure medium Foaming agents, granulates and vapors that can be generated economically at the place of work (Water vapor) serve. Due to the changing transverse offset in the arrangement of the pressure medium nozzles within a zigzag line between those evenly lined up Plastic core rod nozzles are the sequence of movements of the core rods compared to the known Spray heads expanded by one degree of freedom. All of them can be processed in the spray head weldable and bondable molded materials, including (glass) fiber-reinforced types.
Allgemein eignen sich Kunststoffe sehr gut als Werkstoffe für großflächige Solarabsorber, wegen ihrer Korrosions-und Witterungsfestigkeit, leichten Formbarkeit und günstigen Preise. Die gegenüber Metallen geringere Wärmeleitfähigkeit fällt kaum ins Gewicht, da sie bei dem Gesamtvorgang des Wärmeaustausches nur einen kleinen Einfluß hat.In general, plastics are very suitable as materials for large areas Solar absorbers, because of their corrosion and weather resistance, easy malleability and affordable prices. The lower thermal conductivity compared to metals falls hardly any weight, since they are only a small part of the overall process of heat exchange Has influence.
Im Anspruch 7, 8 und 9 werden Gestaltungsvarianten vorgeschlagen; zunächst der Spritzkopf für die normale Erzeugnisform, die ebene, großflächige Hohlplatte; oder für einen Hohlwand-Rohrkörper mit konzentrischen Wandschalen, und dann für einen Hohlkörper mit wellblechartigem Querschnitt sowie ein mehr als zweischaliger Aufbau. Sn der Anwendung für den Gewächshausbau können beispielsweise drei Schalen vorgesehen werden: Der eine Hohlraum dient als soledurchflossener Solarabsorber und der andere, mit Isolierstoff oder Luft gefüllte oder evakuierte Hohlraum als Wärmeisolierung.Design variants are proposed in claims 7, 8 and 9; first the spray head for the normal product shape, the level, large hollow slab; or for a hollow-wall tubular body with concentric wall shells, and then for a hollow body with a corrugated sheet-like cross-section and a more than double-shell structure. The application for greenhouse construction can, for example three shells are provided: One cavity serves as a solar absorber through which brine flows and the other hollow space filled with insulating material or air or evacuated as Thermal insulation.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Sie werden im folgenden näher beschrieben.Embodiments of the invention are shown in the drawings. They are described in more detail below.
Es zeigen Fig. 1 eine perspektivische Gesamtansicht des plattenförmigen Leichtbauhohlkörpers (ohne Montagerand Ig) als Flächenwärmetauscher Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt der vorderen Ecke des Leichtbauhohlkörpers der Fig. 1, mit freigelegtem System der Kernstäbe Fig. 3 einen Längsschnitt durch Spritzkopf und Leichtbauhohlkörper, entsprechend dem Schnitt nach Linie C - D der Fig. 4 (Maßstab ca. 2:1 bis 3:1, vergrößert) Fig. 4 einen Querschnitt durch den Leichtbauhohlkörper (links) mit der Darstellung von zwei Schweißphäsen (Mitte und rechts), entsprechend dem Schnitt nach Linie A - B der Fig. 3 sowie dem Schnitt ach Linie E - F der Fig. 1 (Maßstab ca. iff bis 5 vergrößert) Fig. 5 einen Ausschnitt aus Fig, 3 mit einer Variante der Druckmitteldüsen (axial beweglich).1 shows a perspective overall view of the plate-shaped Lightweight hollow body (without mounting rim Ig) as a surface heat exchanger Fig. 2 a enlarged section of the front corner of the lightweight hollow body of FIG. 1, with exposed system of the core rods Fig. 3 shows a longitudinal section through the extrusion head and Lightweight hollow body, corresponding to the section along line C - D of Fig. 4 (scale approx. 2: 1 to 3: 1, enlarged) Fig. 4 shows a cross section through the lightweight hollow body (left) with the representation of two welding phases (middle and right), accordingly the section along line A - B of FIG. 3 and the section along line E - F of FIG. 1 (scale approx. Iff to 5 enlarged) FIG. 5 shows a detail from FIG. 3 with a Variant of the pressure medium nozzles (axially movable).
Die Fig. 1 ist eine schematische perspektivische Darstellung des Leichtbauhohlkörpers als Flächenwärmetauscher. In natürlicher Größe hat er die üblichen Abmessungen von beispielsweise etwa 4 bis 10 mm Dicke, 0,6 bis 1,2 m Breite und 1.0 bis 3,0 m Länge; sie lassen sich aber in weiten Grenzen verändern. Unten und oben befinden sich die hauptsählelich wärmeaufnehmenden plattenartigen Umfassungsschalen la und Ib. Die streifenförmigen schmalen Wände lc und ld bilden rechts und links die seitliche Längsbegrenzung. Vorne und hinten verschliessen die Querwände le und lf mit den - nicht gezeichneten -Quetschnähten 22 (s. Fig. 3) den Hohlkörper. Auch die wahlweise vorzusehenden Montageränder lg (s. Fig. 4) sind bei der Fig. 1 nicht dargestellt, Die Anschlußstutzen Ih, z.B.Fig. 1 is a schematic perspective illustration of the lightweight hollow body as a surface heat exchanger. In natural size it has the usual dimensions of for example about 4 to 10 mm thick, 0.6 to 1.2 m wide and 1.0 to 3.0 m long; however, they can be changed within wide limits. Below and above are the Mainly heat-absorbing plate-like enclosing shells la and Ib. the strip-shaped narrow walls lc and ld form the side walls on the right and left Longitudinal limitation. The front and rear walls close the le and lf with the - Pinch seams 22 (not shown) (see Fig. 3) the hollow body. Also the optional Mounting edges lg to be provided (see Fig. 4) are not shown in Fig. 1, The connecting pieces Ih, e.g.
für den Soleeinlauf und li für den Sole auslauf sind in zwei einander diagonal gegenüberliegenden Ecken der Schalen la und lb angeordnet. Zur Erzielung einer gleichmässigen Durchströmung dienen die schrägen Kerben 23 neben den itutzen, Diese Anschlußstutzen (lh, li) können natürlich auch an anderer Stelle, etwa in der Mitte der Plattenbreite angebracht sein. Die Querkerben 23 würden auch hier in Stutzennähe am tiefsten in den Hohlraum hineinreichen und nach beiden Längswänden lc, ld hin flach auslaufen. Den Raum zwischen den Schalen la und Ib füllen die pyramidenförmig zusammengestellten Kernstäbe 2a bis 2d aus, wobei sie unten und oben in den Spitzenbereichen 3a und 3b zusammenlaufen und Jeweils sowohl untereinander als auch mit den Schalen la, Ib fest verbunden sind wie in Fig. 2 schematisch gezeigt ist. Alle Elemente la bis 2d bilden eine homogene stoffliche Einheit.for the brine inlet and left for the brine outlet are in two each other arranged diagonally opposite corners of the shells la and lb. To achieve the inclined notches 23 next to the itouts serve for an even flow, These connecting pieces (lh, li) can of course also be found elsewhere, for example in the middle of the panel width. The transverse notches 23 would also be here reach deepest into the cavity near the nozzle and after both longitudinal walls lc, ld taper off flat. The space between the bowls la and Ib fill the pyramidal shape assembled core rods 2a to 2d, with them below and above in the tip areas 3a and 3b converge and each with each other as well as with the shells la, Ib are firmly connected as shown schematically in FIG. All elements la to 2d form a homogeneous material unit.
Durch Werkstoff- und Dimensionsveränderungen lassen sich Festigkeit, Elastizität und Wärmedurchgang variieren. Die ebene Plattengeometrie kann durch nachträglicheVerformungen vielfältig abgewandelte Gestalt erhalten, so etwa zur Herstellung eines kompakten Energiestapels Mäanderform, die eine Konzentration großer Oberfläche auf kleinen Raum bei nur zwei Anschlußstutzen erlaubt. Weiterhin kann eine Spiralform zweckmäßig sein, bei der eine Querseite als innerer Hohikörperanfang eingespannt oder auch frei drehbar gelagert ist und die andere, äußere Querseite frei vom Wind bewegt werden kann. Hierdurch ergibt sich ein verbesserter Wärmeübergang. Pulsierende Druckstöße der Sole-Umwälzpumpe bewirken vibrierende Bewegungen des Spiral-Hohlkörpers, auch bei fehlendem Wind. Dieser Bourdonrohr-Effekt entsteht ebenfalls bei der Ausbildung als offener Zylinder oder Schraube. Eine Eiskruste, die sich bei tieferen Umgebungslufttemperaturen bilden und deren Entfernung in herkömmlicher Weise viel Heizenergie kosten kann, läßt sich durch verstärkte Druckstöße und die dadurch verursachten elastischen Verformungen auf einfache Weise entfernen.Through material and dimensional changes, strength, Elasticity and heat transfer vary. The flat plate geometry can through subsequent deformations received variously modified shapes, for example to Production of a compact energy stack, meandering shape, the one Concentration of a large surface in a small space is allowed with only two connection pieces. Furthermore, a spiral shape can be expedient, with a transverse side as the inner side The beginning of the hollow body is clamped or freely rotatable and the other, outer transverse side can be moved freely by the wind. This results in an improved Heat transfer. Pulsating pressure surges in the brine circulation pump cause vibrations Movements of the spiral hollow body, even in the absence of wind. That Bourdon tube effect also arises when training as an open cylinder or screw. An ice crust which form at lower ambient air temperatures and their removal in a conventional manner Way can cost a lot of heating energy, can be reduced by increased pressure surges and the Easily remove the elastic deformations caused by this.
Der Aufbau des Spritzkopfes zur Herstellung des Leichtbauhohlkörpers geht aus von dem einer üblichen Breitschlitzdüse. Die bei diesen gebräuchlichen Einrichtungen zur Einstellung gleichmäßiger Fließverhältnisse wie Staubalken, Düsenlippenverstellung usw. sind in Fig. 3 fortgelassen. Er besteht nach Fig. 3 im wesentlichen aus dem Gehäuse mit Einlaufteil 13, in dem sich Flansch und Anschlußöffnung 12 für einen nicht gezeichneten Extruder befinden, dem äußeren Mittelteil 14a, dem inneren Mittelteil 14b - die durch Stege lOb zwischen Durchtrittskanälen lOa beiderseits miteinander verbunden sind -, dem Verteilereinsatz 16 und dem Spritzkopfauslaufteil 17. Untere und obere Kalibrierwände 18a und 18b bestimmen die Fertigdicke des Hohlkörpers. Die Teile 13, 14a (14b), 17, 18a, 18b sind miteinander fest verschraubt.The structure of the spray head for the production of the lightweight hollow body is based on that of a common slot nozzle. The ones used in these Devices for setting uniform flow conditions such as damming bars, nozzle lip adjustment etc. are omitted in FIG. According to FIG. 3, it consists essentially of the Housing with inlet part 13, in which the flange and connection opening 12 for a Not shown extruder are located, the outer middle part 14a, the inner middle part 14b - which are connected by webs lOb between passage channels lOa on both sides Are connected -, the distributor insert 16 and the spray head outlet part 17. Lower and upper calibration walls 18a and 18b determine the finished thickness of the hollow body. The parts 13, 14a (14b), 17, 18a, 18b are firmly screwed together.
In der Mitte zwischen den Breitschlitzdüsen 6a, 6b liegen, gleichmäßig über die Hohlkörperbreite verteilt, die Kernstabdüsen 7 mit Anschlußkanälen 7a und 7b, Die Fig. -5 zeigt eine Abwandlung der Druckmitteldüsenröhrchen 15a und 15b aus Fig. 3. Sie sind hier nicht fest im Mittelteil 14b, sondern axial beweglich gelagert (15c und 15d). Der Preßluftstoß 4a, (4b) bewegt die Röhrchen 15d gruppenweise zunächst kolbenartig nach vorn und trifft dann durch die Düsen 5a (5b) als freier Strahl auf die Kernstabstränge 7. Der mitlaufende Strahl kann hierdurch rechtwinklig und punktförmig konzentrierter über längere Zeit wirken. Federn 19b (19a) oder dergleichen holen die D üsenröhrchen nach Druckumschaltung wieder in die drucklose Lage zurück.In the middle between the slot nozzles 6a, 6b lie evenly Distributed over the width of the hollow body, the core rod nozzles 7 with connection channels 7a and 7b, Fig. -5 shows a modification of the pressure medium nozzle tube 15a and 15b from FIG. 3. They are not fixed in the middle part 14b here, but axially movably mounted (15c and 15d). The compressed air blast 4a, (4b) moves the tubes 15d in groups, initially piston-like forward and then hits through the nozzles 5a (5b) as a free jet onto the core rod strands 7. The moving jet can as a result, they act at right angles and in a more concentrated manner over a longer period of time. Springs 19b (19a) or the like fetch the nozzle tubes after switching the pressure back to the unpressurized position.
Die Kernstabquerschnitte können auch von der runden, vollen Form abweichen, so z.B. Ringform (Hohlstab) aufweisen.The core rod cross-sections can also deviate from the round, full shape, e.g. have a ring shape (hollow bar).
Allgemein hat ein freier Preßluftstrahl Selbstzentrierwirkung auf ein rundes querliegendes Strangelement, schon, wenn es nur gestreift wird. Der Preßluftstrahl braucht deswegen nicht direkt auf den Kernstabstrang gerichtet zu sein; er saugt ihn automatisch in seine Mitte und nimmt ihn mit, wird Jedoch selbst auch etwas vom Strang abgelenkt (s. Fig. 4> rechter Teil, bei Pos. 4b). Dieser Effekt kann bei kleinen Dicken des Hohlkörpers bauliche Vorteile bringen. Zusätzlich besteht bei entsprechend großer Einstellung des Blaswinkels zwischen den zwei Preßluft-Düsenmündungen 5a die Wirkung eines pneumatischen Kniehebels": Die Kernstabstränge 2a bis 2d treffen schon vor dem Erreichen der Umfassungsschale la, Ib zusammen und erst dann, nach Umlenkung in die Senkrechte, gemeinsam auf die Schale.In general, a free jet of compressed air has a self-centering effect a round transverse string element, even if it is only touched. The compressed air jet therefore does not need to be aimed directly at the core rod strand; he sucks it automatically into its midst and takes it with it, but also becomes something itself diverted from the strand (see Fig. 4> right part, at pos. 4b). This effect can with small thicknesses of the hollow body bring structural advantages. In addition, there is with a correspondingly large setting of the blowing angle between the two compressed air nozzle openings 5a the effect of a pneumatic toggle lever ": The core rod strands 2a to 2d meet before reaching the surrounding shell la, Ib together and only then after Redirection to the vertical, together on the shell.
Leerseite Die Fig. 5 zeigt eine Abwandlung der Druckmitteldüsenröhrchen 15a und 15b aus Fig. 3. Sie sind hier nicht fest im Mittelteil 14b, sondern axial beweglich gelagert (15c und 15d). Der Preßluftstoß 4a, (4b) bewegt die Röhrchen 15d gruppenweise zunächst kolbenartig nach vorn und trifft dann durch die Düsen 5a (5b) als freier Strahl auf die Kernstabstränge 7. Der mitlaufende Strahl kann hierdurch rechtwinklig und punktförmig konzentrierter über längere Zeit wirken. Federn 19b (19a) oder dergleichen holen die D üsenröhrchen nach Druckumschaltung wieder in die drucklose Lage zurück.Blank page 5 shows a modification of the pressure medium nozzle tube 15a and 15b from FIG. 3. They are not fixed in the middle part 14b here, but axially movably mounted (15c and 15d). The compressed air blast 4a, (4b) moves the tubes 15d in groups, initially piston-like forward and then hits through the nozzles 5a (5b) as a free jet onto the core rod strands 7. The moving jet can as a result, they act at right angles and in a more concentrated manner over a longer period of time. Springs 19b (19a) or the like fetch the nozzle tubes after switching the pressure back to the unpressurized position.
Die Kernstabquerschnitte können auch von der runden, vollen Form abweichen, so z.B. Ringform (Hohlstab) aufweisen.The core rod cross-sections can also deviate from the round, full shape, e.g. have a ring shape (hollow bar).
Allgemein hat ein freier Preßluftstrahl Selbstzentrierwirkung auf ein rundes querliegendes Strangelement, schon, wenn es nur gestreift wird. Der Preßluftstrahl braucht deswegen nicht direkt auf den Kernstabstrang gerichtet zu sein; er saugt ihn automatisch in seine Mitte und nimmt ihn mit, wird Jedoch selbst auch etwas vom Strang abgelenkt (s. Fig. 4, rechter Teil, bei Pos. 4b). Dieser Effekt kann bei kleinen Dicken des Hohlkörpers bauliche Vorteile bringen. Zusätzlich besteht bei entsprechend großer Einstellung des Blaswinkels zwischen den zwei Preßluft-Düsenmündungen 5a die Wirkung eines "pneumatischen Kniehebels": Die Kernstabstränge 2a bis 2d treffen schon vor dem Erreichen der Umfassungsschale la, lb zusammen und erst dann, nach Umlenkung in die Senkrechte, gemeinsam auf die Schale.In general, a free jet of compressed air has a self-centering effect a round transverse string element, even if it is only touched. The compressed air jet therefore does not need to be aimed directly at the core rod strand; he sucks it automatically into its midst and takes it with it, but also becomes something itself deflected from the strand (see Fig. 4, right part, at pos. 4b). This effect can with small thicknesses of the hollow body bring structural advantages. In addition, there is with a correspondingly large setting of the blowing angle between the two compressed air nozzle openings 5a the effect of a "pneumatic toggle lever": the core rod strands 2a to 2d hit before reaching the surrounding shell la, lb together and only then after Redirection to the vertical, together on the shell.
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