DE3330926C2

DE3330926C2 -

Info

Publication number: DE3330926C2
Application number: DE3330926A
Authority: DE
Inventors: Albert Dr.-Ing. 7778 Markdorf De Fritzsche; Werner Dr.-Ing. 7759 Immenstaad De Tanner
Original assignee: Dornier System GmbH
Current assignee: Dornier System GmbH
Priority date: 1983-08-27
Filing date: 1983-08-27
Publication date: 1987-06-19
Also published as: DE3330926A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum lösbaren thermi schen Ankoppeln von Rohren, bestehend aus zwei identischen, die Rohre umfassenden Elementen.

Aus der Solartechnik sind Konstruktionen bekannt, die zwei hermetisch voneinander getrennte Wärmekreise wärmeleitend miteinander verbinden. Dabei hat der erste Wärmekreis, der beispielsweise im Falle von Wärmeleitrohr-Kollektoren aus einzelnen Kollektorelementen gebildet wird (z. B. auch als Vakuumkollektor ausgeführt), die gesammelte Solarenergie an den Wärmeträger des zweiten Wärmekreises mit möglichst geringem Temperaturgefälle abzugeben. Verläuft der Strang des zweiten Wärmeträgers, der in der Regel ein wasser durchströmtes Rohr ist, senkrecht zu den einzelnen, im wesentlichen aus einem Wärmeleitrohr mit Isolation gebil deten Kollektorelementen, so könnte dazu eine aus zwei identischen Elementen gebildete beide Rohre zugleich klemmende Verbindung verwendet werden.

Derartige Klemmverbindungen haben aber den Nachteil, daß nicht mit einer einzigen solchen Klemmverbindung zwei Rohre mit jeweils verschiedenen Toleranzen gleich fest verspannt werden können. Das eine beträchtliche Anpreß kraft erforderlich ist, um eine quantitativ befriedigende Wärmeleitverbindung zu erreichen, wurde durch Messungen zum Einfluß des Luftspaltes auf die Wärmeübertragung nach gewiesen.

Eine bekannte serienmäßige Klemmverbindung besteht aus drei selbst nicht elastischen plattenförmigen Bauteilen (z. B. a, b, c), welche jeweils in einer Ebene nur ein Rohr umschließen und verspannen können. Hier bestehen die Nachteile darin, daß die damit erzielte Doppelpassung mechanisch nicht einwandfrei realisierbar ist, nämlich das Anpressen des schalenförmigen Sitzes um jeweils ein Rohr (z. B 1 und 2) und gleichzeitig das ganzflächige An pressen benachbarter Platten. Thermisch bedeutet dies, daß nur die mittlere Platte b mit den sich in zwei Ebenen kreuzenden Rohren 1 und 2 direkten, jeweils mit der halben in den Wärmeleitblock eintauchenden Zylinderfläche Kontakt hat. Der Wärmestrom des Rohres 1, der an die Platte a abgegeben wird, muß die Trennfuge zwischen den Platten a und b und zum Teil auch zwischen den Platten b und c über winden, um an das Rohr 2 zu gelangen. Es handelt sich also hierbei um eine Aufteilung des Wärmestromes entsprechend beider Wärmeleitwiderstände mit dem Ergebnis ungleicher Wandtemperaturen und Wärmeübergänge der Rohre 1 und 2 im Bereich des Wärmeleitblocks.

Ein weiterer Nachteil bekannter Lösungen ist das erhebliche Bauvolumen und Gewicht durch die Anordnung von metallischen Massen, die nicht auf dem direkten Weg der Wärmeleitung liegen und - infolge einer inhomogenen Temperaturverteilung - zu zusätzlichen Spannungen und thermischen Dehnungen führen. Dies gilt insbesondere auch für die konstruktiven Lösungen, welche auf dem Prinzip der Spannhülse aufgebaut sind.

Zum Beispiel ist aus dem DE-GM 82 20 230 eine Kupplungsein richtung bekannt, die zwei Rohre kreuzend und wärmeüber tragend miteinander verbindet und an der jedes Rohr in einer Führung klemmt. Die Einrichtung weist eine einstückige Doppelteilschale und zwei Deckschalen auf, wobei die beiden Deckschalen mit den beiden Teilschalen beidseitig jeweils mit wenigstens einem Klemmstückpaar außen verkeilt sind. Hierbei werden nach dem Einlegen der Rohre in die Teilschalen die Deckschalen auf die Rohre aufgesetzt und in Rohrachsrichtung so verschoben, daß die Klemmstückpaare die Deckschalen an die Rohre klemmen, wodurch diese in der Kupplungseinrichtung fest liegen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum lösbaren thermischen Ankoppeln von Rohren zu schaffen, die einfach aufgebaut ist und einen besseren Wärmedurchgang als die bekannten Vorrichtungen aufweist.

Erfindunggemäß sind zur Lösung der gestellten Aufgabe die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 vorgesehen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unter ansprüchen.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß aus nur zwei zusammengesetzten Elementen eine würfel-, prisma- oder kugelförmig gestaltete Klemmverbindung herstellbar ist, bei welcher die mechanischen Trennflächen zwischen den beiden Elementen thermisch neutral sind und dadurch keine die Qualität der Wärmeleitung mindernde Verspannungen auftreten können. Das heißt, daß für die Wärmeleitung nur die Preßsitze zwischen den Flächen der Elemente und Rohre wirksam sind, da alle verbleibenden Preßverbindungen au ßerhalb des Wärmeleitweges liegen. Außerdem ist die Klemm verbindung einzeln montierbar und mehrfach an einem oder mehreren Rohren anordenbar.

Um eine gut wärmeleitende Verbindung herzustellen, ist es erforderlich, von einer würfelförmigen Wärmeleitverbindung zwischen zwei Rohren auszugehen, die sich in zwei Ebenen kreuzen oder auch zwischen einem durchgehenden Rohr und einem Rohrende angeordnet ist. Dabei leitet sich der Ge danke identischer Elemente aus der Überlegung ab, daß ein Würfel sich aus acht Würfeln halber Seitenlänge zusammen setzt. Jeweils vier solcher Würfel können auf dreierlei Weise zwei identische Körper bilden, welche zusammengesetzt wieder den Ausgangswürfel ergeben. Mit diesem geometri schen Grundaufbau der wärmeleitenden Klemmverbindung sind verschiedene konstruktive Varianten möglich; z. B wärmeleitende Verbindungen, bei welchen zwei Rohre recht winklig in einer, zwei oder drei Ebenen liegen oder sich kreuzen.

Ausführungsbeispiele sind folgend beschrieben und durch Skizzen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 den geometrischen Grundaufbau eines aus zwei identischen Elementen bestehenden Grundelements,

Fig. 2 die Grundausführung einer aus zwei identischen Elementen bestehenden wärmeleitenden Klemmver bindung für Rohre gleichen Querschnitts,

Fig. 3a eine Variante der Klemmverbindung für verschie dene Rohrquerschnitte gemäß Fig. 1 und 2,

Fig. 3b die zusammengesetzte Klemmverbindung gemäß Fig. 3a,

Fig. 4 eine Variante mit abgeschrägten äußeren Be grenzungsflächen der Klemmverbindung mit Rohren,

Fig. 5 eine Variante mit abgerundeten Begrenzungs flächen der Klemmverbindung mit Rohren,

Fig. 6 eine Variante eines Elements mit kugeliger Begrenzungsfläche,

Fig. 7 ein Element mit zwei in einer Ebene liegenden Rohrachse,

Fig. 8 ein Element mit zwei zueinander geneigten Rohrachsen,

Fig. 9 eine Variante einer Klemmverbindung mit zwei Rohrpaaren und abgeschrägten Begrenzungs flächen,

Fig. 10 ein prismenförmiges Element mit zwei gekreuzten Rohrquerschnittsflächen.

Aus Fig. 1 ist der geometrische Grundaufbau eines Würfels 1 ersichtlich, der sich aus acht einzelnen Würfeln 1 ₁ bis 1 ₈ seiner halben Seitenlänge S zusammensetzt. Jeweils vier dieser Einzelwürfel 1 ₁ bis 1 ₄ und 1 ₅ bis 1 ₈ bilden zwei identische Elemente 2 und 3, die wieder zusammengesetzt den Würfel 1 bilden.

Aus Fig. 2 ist die Grundausführung einer wärmeleitenden Klemmverbindung 4 ersichtlich, welche sich aus den beiden nebeneinander gestellten identischen Elementen 2 und 3 zu sammensetzt. Beide Elemente 2 und 3 sind mit sich in zwei Ebenen E ₁ und E ₂ kreuzenden gleichen Halbquerschnitten 5 und 6 versehen, mit welchen Rohre gleichen Querschnitts preßverbunden werden können. Zur Preßverbindung sind die Elemente 2 und 3 an entsprechenden Stellen mit Schraub verbindungen 7 versehen.

Fig. 3a zeigt eine Variante eines Elementes 2 gemäß Fig. 2 mit zwei Halbquerschnitten 8 und 9 zur Aufnahme von Rohren verschiedenen Querschnitts. In Fig. 3b ist gemäß Fig. 3a dem Element 2 das identische Element 3 angefügt und beide zu einer Klemmverbindung 4 zusammengesetzt ge zeigt.

In Fig. 4 ist eine Variante einer aus zwei Elementen 2 und 3 zusammengesetzten Klemmverbindung 4 mit zwei darin durch Schraubverbindungen 7 preßverbundenen in zwei Ebenen E ₁ und E ₂ sich kreuzenden Rohren 10 und 11 gleichen Quer schnitts gezeigt. Die Elemente 2 und 3 sind hierbei an ihren Begrenzungsflächen 12 abgeschrägt.

In Fig. 5 sind die Begrenzungsflächen 12 der beiden Ele mente 2 und 3 abgerundet gezeigt.

Fig. 6 zeigt eine Variante eines Elements 2 mit kugelig ausgestalteter Begrenzungsfläche 12.

Aus Fig. 7 ist ein Element 2 mit zwei in einer Ebene E ₁ liegenden und zueinander senkrechten Rohrachsen 5 und 6 ersichtlich.

Fig. 8 zeigt ein Element 2 mit zwei zueinander geneigten Rohrachsen 5 und 6.

Aus Fig. 9 ist eine Variante einer Klemmverbindung 4 mit abgeschrägten Begrenzungsflächen 12 ersichtlich, in der zwei sich kreuzende parallele Rohrpaare 13 preßverbunden sind.

Schließlich zeigt Fig. 10 ein prismenförmig ausgestalte tes Element 2 mit drei sich in zwei Ebenen E ₁/E ₃ und E ₂ kreuzenden Rohrachsen 5 und 6.

Weitere geometrische Formen sind denkbar und lassen sich leicht entwickeln. Die Ausbildung der Verschraubung der beiden Elemente hängt von den gewählten Materialien und dem Temperaturbereich ab, bei welchen die Klemmverbindung verwendet wird. Da, wie im Falle der Solarenergienutzung, auch bei niederen Temperaturen eine gute Wärmeübertragung erreicht werden soll, ist es zweckmäßig, für die Ver schraubung der beiden Elemente Dehnschrauben vorzusehen.

Claims

1. Vorrichtung (4) zum lösbaren thermischen Ankoppeln von Rohren (10, 11, 13), bestehend aus zwei identischen, die Rohre (10, 11, 13) umfassenden Elementen (2, 3), gekennzeichnet durch die Kombination der Merkmale

a) für jedes Rohr (10, 11, 13) ist eine eigene Preßver bindung vorgesehen,
b) jede Preßverbindung umfaßt nur die Sitze zwischen den Rohren (10, 11, 13) und den Elementen (2, 3) und
c) von und zu allen umfaßten Rohroberflächenelementen ist der Wärmedurchgang durch nur ein Element (2 oder 3) möglich.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie Würfel-, Prisma- oder Kugelform aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß die Preßverbindungen in zwei unterschiedlichen Koordinatenrichtungen erfolgen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (2, 3) für verschiedene Rohrquerschnitte (5, 6, 8, 9) ausgebildet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie an einem Rohr (10, 11, 13) ein zeln und unabhängig mehrfach montierbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ihr (4) zwei Rohre (10, 11, 13) in einer Ebene (E ₁, E ₂) anordenbar sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in ihr (4) zwei Rohre (10, 11, 13) in zwei unterschiedlichen Ebenen (E ₁, E ₂) anordenbar sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in ihr (4) sich zwei Rohre (10, 11, 13) in zwei unterschiedlichen Ebenen (E ₁, E ₂) recht winkelig kreuzen.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in ihr (4) sich zwei Rohre (10, 11, 13) in zwei unterschiedlichen Ebenen (E ₁, E ₂) nicht rechtwinkelig kreuzen.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in ihr (4) sich drei Rohre (10, 11, 13) in wenigstens drei unterschiedlichen Ebenen (E ₁, E ₂, E ₃) kreuzen.