DE8633695U1

DE8633695U1 - Wellschlauch für Solaranlagen

Info

Publication number: DE8633695U1
Application number: DE8633695U
Authority: DE
Original assignee: Witzenmann GmbH
Current assignee: Witzenmann GmbH
Priority date: 1986-12-17
Filing date: 1986-12-17
Publication date: 1988-03-03
Also published as: DE3643038A1; US4856494A; DE3643038C2; IL84779A0; IL84779A; ES2008932A6

Description

PATENTANWÄLTE .. .. 16.12,1986

DIPL-ING. R. LEMCKE " 5 - (14223/24) B/Bz

DR.-ING. H. J. BROMMER

AMALIENSTRASSE 28

KARLSRUHE 1

TELEFON (0721) 28778-9

TELEFA) (0721) .11105

Witzenmann GmbH Metallschlauch-FabrIk Pforzheim

Östliche Karl-Friedrich-Straße 134

7530 Pforzheim

Wellschlauch für Solaranlagen

Die Erfindung betrifft einen Wellschlauch für Solaranlagen mit einem entsprechend dem Sonnenstand verschwenkbaren Spiegelsystem zur Konzentration der
Sonnenstrahlen auf eine mit dem Spiegelsystem verbundene und mitschwenkende Leitung, die ihrerseits von einem Wärmeträger durchströmt und über den genannten Wellschlauch an ein ortsfestes Leitungseiement angeschlossen ist, wobei die Krümmung des Wellschlauches im Verlauf der Schwenkbewegung des Spiegelsystems das Vorzeichen wechselt und wobei der Wellschlauch von einem Geflecht und einer Isolierung
umgeben ist.

Bei derartigen bekannten Anlagen wird das Spiegel-

fi system automatisch dem Sonnenstand nachgeführt, wobei

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ein Schwenkwinkel von etwa 180° zurückgelegt werden muß. Während der Nacht wird das Spiegelsystem in die obere Totpunktlage geschwenkt, die Spiegelfläche ist dabei nach unten gerichtet, damit sich keine Niederschläge, Staub oder Regen u. dgl. auf der Spiegelfläche absetzen können.

Unter Berücksichtigung dieser oberen Totpunktlage beträgt der Gesamtdrehwinkel des Spiegelsystems etwa 250°. Dieser Winkel muß während 24 Stunden zunächst in der einen Drehrichtung und danach in der anderen Drehrichtung durchfahren werden. Der gleiche Drehwinkel ergibt sich für die mit dem Spiegelsystem verbundene Leitung, in der ein von den Sonnenstrahlen aufgeheizter Wärmeträger zirkuliert. Der Anschlußflansch dieser Leitung liegt meist außerhalb der Drehachse des Spiegelsystems, so daß neben der reinen Drehbewegung auch eine beträchtliche Schwenkbewegung längs eines Kreisbogens auftritt. Die Verbindung des Anschlußflansches der sich bewegenden Leitung mit dem ortsfesten Leitungselement muß deshalb durch ein flexibles Element erfolgen. Man verwendet dazu einen metallischen Wellschlauch, der von einem Geflecht und einer Isolierung umgeben ist, zumal der Wärmeträger unter einem Druck von 20 bar und einer Temperatur von 300- bis 400⁰C steht.

Beim Betrieb dieser Solaranlagen hat sich gezeigt, daß der bekannte Wellschlauch überraschenderweise

die für diesen Anwendungsfall zu erwartende Lebensdauer bei weitem nicht erreicht. Die meisten Wellschläuche sind bereits nach 3000, bestenfalls nach 5000 Zyklen durch Schlauchbruch ausgefallen. Vorgegeben sind aber anwenderseitig 10.000 Zyklen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, den bisher bekannten Wellschlauch für diesen Anwendungsfall hinsichtlich seiner Lebensdauer zu verbessern, so daß er die vorgeschriebenen Zyklen mit Sicherheit aushält. Außerdem soll er sich durch einfache, kostengünstige Herstellbarkeit auszeichnen.

Die Erfindung geht dabei von einer genauen Analyse der Schlauchbewegung aus, die anhand von Fig. 1 näher erläutert wird.

Fig. 1 zeigt eine schematische Seitenansicht der Solaranlage in sechs verschiedenen Betriebsstellungen. Der verschwenkbare Spiegel ist jeweils mit 1, die sich mit ihm drehende, vom Wärmeträger durchströmte Leitung mit 2 und die Drehachse dieses Systems mit 3 bezeichnet. Der Anschluß der Leitung 2 an ein ortsfestes Leitungselement 4 erfolgt über einen Wellschlauch 5, der hier der Einfachheit halber nur als Linie dargestellt ist.

In der linken Zeichnung befindet sich der Spiegel 1 annähernd in der oberen Totpunktlage, also in der

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Nachtposition. In der nächsten Zeichnung ist der Spiegel für den Sonnenaufgang eingestellt. Er wandert dann entsprechend dem Sonnenstand im Uhrzeigersinn kontinuierlich weiter bis zum Sonnenuntergang. Diese Position ist in der rechten Zeichnung dargestellt.

Eine eingehende Überprüfung des Krümmungsverhaltens des Wellschlauches während des Spiegelumlaufes hat gezeigt, daß es beim Übergang von der Sonnenuntergangsposition in die Nachtposition etwa 90° vor Erreichen der Nachtposition zu einem plötzlichen Umschnappen des WellSchlauches kommt.

Wie man in der Zeichnug sieht, hat der von der Sonnenuntergangsstellung kommende Wellschlauch zunächst eine starke Rechtskrümmung. Diese Krümmung wird beim Zurückdrehen in die Nachtposition, die wohlgemerkt entgegen dem Uhrzeigersinn erfolgt, zunächst der Richtung nach beibehalten, aber quantitativ etwas schwächer, vergl. den Linienzug A in der linken Zeichnung von Fig. 1. Daran anschließend nimmt die Ausbeulung wieder leicht zu, weil der Abstand der Leitung 2 von dem ortsfesten Leitungselement 4 wieder kleiner wird. Gleichzeitig bildet sich aber vom Leitungselement 4 ausgehend ein allmählich stärker werdender Bogen in Gegenrichtung aus, so daß schließlich in der Position C zwei Bögen aufeinanderfolgen, die in entgegenstehende Richtung ausgebeult sind. Dies ist ein für den Wellschlauch instabiler

Spannungszustand. Es kommt daher bei Weiterdrehung in die Position D zu einem plötzlichen Umschnappen des Wellschlauches in die gestrichelt dargestellte Lage. Diese Lage ist stabil und wird bis zuzn Erreichen der Nachtposition beibehsJ.ten.

Nach den Erkenntnissen der Anmelderin führt das Umschnappen des WellSchlauches - im mathematischen Sinn der abrupte, übergangslose Vorzeichenwechsel der Krümmung - zu einer lokalen Überdehnung, die für den vorzeitigen Ausfall der bisher bekannten Wellschläuche ursächlich sein dürfte.

Zur Beseitigung dieses Umschnappens schlägt die Erfindung vor, daß der Wellschlauch zumindest zweilagig ausgebildet ist und zumindest in seinem der wechselnden Krümmung unterworfenen Längenbereich von einem bewegungsdämpfenden Versteifungsmantel umgeben ist, der im Sinne einer Begradigungshilfe auf den Wellschlauch wirkt.

Durch den Versteifungsmantel wird die Überdehnung des Wellschlauches in der C-Position nicht mehr im bisher üblichen Ausmaß zugelassen. Vielmehr führt die Begradigungshilfe dazu, daß der Wellschlauch be- : reits bei wesentlich schwächerer Ausbildung der &eegr; beiden entgegengesetzten KrÜmmungsbögen in die

stabile Position entsprechend dem gestrichelten Linienzug umschnappt, wobei der Schnappvorgang *■ eelbst wesentlich harmloser ist, weil es zuvor koine

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oder nur noch eine geringfügige Ausbildung entgegengesetzer Krümmungen gegeben hat.

Die Mehrlagigkeit des Wellschlauches unterstützt diese Vorgänge, weil der Schlauch dadurch insgesamt elastischer ist als bei einer einlagigen Ausführung gleicher Gesamtwandstärke.

Der Versteifungsmantfl könnte zwischen Wellschlauch und Geflecht angeordnet werden. In Weiterbildung der Erfindung hat es sich aber als besonders günstig erwiesen, ihn außerhalb des Geflechtes, also zwischen dem Geflecht und der Isolierung, vorzusehen.

Hinsichtlich der konstruktiven Ausbildung des Versteifungsmantels hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, einen sog. Agräffschlauch zu verwenden. Dabei handelt es sich um einen Schlauch, der aus einem profilierten Metallband gewickelt ist, wobei die Bandkanten derart gefalzt sind, daß sie dicht ineinander verhakt sind.

Zur Gewährleistung der angestrebten hohen Lebensdauer hat es sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, daß der Wellschlauch zumindest in dem der wechselnden Krümmung unterworfenen Längenbereich eine Wellentiefe größer 15 %, vorzugsweise größer 18 % des Innendurchmessers aufweist und daß der Abstand

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zwischen den Wellenbergen weniger als 15, vorzugsweise weniger als 12 96 des Innendurchmessers beträgt.

Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung zur Erhöhung der Lebensdauer liegt in einer Versteifung der Wellschlauchenden. Dadurch wird die Dehnungsaufnahme und die damit einhergehende Belastung des Wellschlauches von den Wellschlauchenden abgehalten. Dies ist deshalb von Bedeutung, weil die Enden aufgrund ihrer Verschweißung oder andersgearteten Verbindung mit den Anschlußteilen, Flanschen od. dgl. etwas gefährdet sind. Diese Versteifung kann durch zusätzliche Wellschlauchlagen, die sich nur über den Endbereich des Wellschlauches erstrecken, herbeigeführt werden oder durch ein steiferes Wellenprofil, beispielsweise einen größeren Wellenabstand oder eine geringere Wellentiefe. Sie kann aber auch durch über die Schlauchenden gezogene, starre Knickschutzhülsen gewährleistet sein. Bei diesen Knickschutzhülsen bietet es sich an, sie unmittelbar mit den sich axial anschließenden Enden des Versteifungsmantels zu verschweißen. Notwendig ist dies aber nicht.

Schließlich kann zwischen dem Agraffschlauch und dem Wellschlauch noch ein Hochtemperaturschmiermittel eingebracht werden. Dadurch wird ebenfalls ein frühzeitiger Übergang der Schlauchkrümmung vom instabilen in den stabilen Bereich begünstigt.

Weitere Merkmale und Vorteile des Anmeldungsgegenstandes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand von Fig. 2. Sie zeigt einen teilweisen Axialschnitt durch den Wellschlauch.

Wie man sieht, hat der Wellschlauch folgenden Aufbau: Innen verläuft ein metallischer Ringwellschlauch 6, d. h. ein Schlauch mit in Umfangsrichtung umlaufenden Wellen. Er ist durchgehend mindestens zweiwandig, maximal fünfwandig und hat eine Gesamtwandstärke von 0,2 bis 0,4 mm. Die aufeinanderfolgenden Wellenberge und Wellentäler sind durch zumindest annähernd radial verlaufende Flanken verbunden. Der Abstand benachbarter Wellenberge beträgt etwa 5,5 mm, die Wellentiefe etwa 25 mm, der Innendurchmesser etwa 100 bis 150 mm.

An den Enden des Ringwellschlauches 6 kann der Abstand zwischen den Wellenbergen vergrößert werden, um ihn dort auszusteifen und für einen harmonischen Übergang zu den starren Anschlußstutzen 7 und 8 zu sorgen. Diese Anschlußstutzen sind zylindrisch ausgebildet, sie können aber auch mit Flanschplatten oder anderen Anschlußvarianten versehen sein.

Die Verbindung der Enden des Wellschlauches 6 mit den beiden Anschlußstutzen 7 und 8 erfolgt jeweils durch einen axial abgewinkelten Bund, der über eine

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entsprechende Eindrehung der Anschlußstutzen axial übergeschoben, und verschweißt ist.

Über den Ringwellschlauch 6 ist ein ein- oder zweilagiges Geflecht 9 aus Stahldraht gezogen. Seine Enden sind an den Anschlußstutzen 7 und 8 festgelegt, damit sich der Wellschlauch 6 unter dem überdruck des durchfließenden Mediums nicht längen kann.

Wesentlich ist nun, daß außerhalb des Geflechtes 9 ein Agraffschlauch 10 angeordnet ist. Dieser Schlauch ist an sich als Schutzschlauch bekannt. Im hier vorliegenden Falle fungiert er jedoch als Begradigungs-Oder Streckungshilfe, wobei sich überraschend gezeigt hat, daß er die Ausbildung aufeinanderfolgender Schlauchbögen entgegengesetzter Krümmung gemäß Position c in der linken Zeichnung von Fig. 1 drastisch reduziert und anstelle des bisher beobachteten Umschnappens einen vergleichsweise sanften übergang des Wellschlauches in die gestrichelt gezeichnete Position herbeiführt.

Schließlich ist die Schlauchleitung noch von einer Isolierung 11 umgeben, die an sich bekannten Aufbau aufweist und daher in der Zeichnung nur schematisch angedeutet ist.

Fig., 2 zeigt noch eine Alternative für die endständige Geradführung des Wellschlauches 6. Dazu sind an die beiden Anschlußstutzen 7 und 8 Knickschutzhülsen 12 und 13 montiert, die sich jeweils ein Stück über die Enden des Wellschlauches 6 erstrecken. Dadurch wird der Wellschlauch in seinem überdejkcten Bereich gegen

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Abbiegen gesichert.

Damit es am Ende der Knickschutzhülsen 12 und 13 beim Abbiegen des Wellschlauches nicht zur Kantenanlage kommt, laufen die Knickschutzhülsen an diesen Enden mit einem Radius aus. Gleichzeitig dienen diese Enden zur Festlegung des sich axial anschließenden ÄgraifSchlauches 10.

Claims

Witzenmann GmbH Metallschlauch-Fabrik Pforzheim Östliche Karl-Friedrich-Straße 7530 Pforzheim rüche

1. Wellschlauch für Solaranlagen mit einem entsprechend rtem Sonnenstand verschwenkbaren Spiegelsystem zur Konzentration der Sonnenstrahlen auf eine mit dem Spiegelsystem verbundene und mitschwenkende Leitung, die ihrerseits von einem Wärmeträger durchströmt und über den genannten Wellschlauch an ein ortsfestes Leitungselement angeschlossen ist, wobei die Krümmung des Wellschlauches im Verlauf der Schwenkbewegung des Spiegelsystems das Vorzeichen wechselt und wobei der Wellschlauch von einem Geflecht und einer Isolierung umgeben ist,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Wellschlauch (6) zumindest zweilagig ist und zumindest in seinem der wechselnden Krümmung

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unterworfenen Längenbereich von einem bev/egungsdämpfenden Versteifungsmantel (10) umgeben ist, der im Sinne einer Begradigungshilfe auf den Wellschlauch wirkt.

2. Wellschlauch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Versteifungsmantel (10) zwischen dem Geflecht (9) und der Isolierung (11) angeordnet ist.

3. Wellschlauch nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Versteifungsmantel (10) ein Agraffschlauch ist.

4. Wellschlauch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellschlauch (6) zumindest in dem der wechselnden Krümmung unterworfenen Längenbereich eine Wellentxefe größer 15 %, vorzugsweise größer 18 % des Innendurchmessers aufweist.

5. Wellschlauch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Wellenbergen des Wellschlauches (6) zumindest in dem der wechselnden Krümmung unterworfenen Längenbereich kleiner 15 %,

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vorzugsweise kleiner 12 % des Innendurchmessers ist.

6. Wellschlauch nach einem der vorhergehendan Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden des Wellschlauches (6) versteift sind.

7. Wellschlauch nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifung der Wellschlauchenden durch zusätzliche Wellschlau^hlagen herbeigeführt ist.

8. Wellschlauch nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifung der Wellschlauchenden durch ein steiferes Wellenprofil, größeren Wellenabstand oder geringere Wellentiefe herbeigeführt ist.

9· Wellschlauch nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifung der Wellschlauchenden durch über die Schlauchenden gezogene, starre Knickschutzhülsen (12, 13) herbeigeführt ist.

10. Wellschlauch nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Knickschu'tzhülsen (12, 13) mit den sich axial anschließenden Enden des AgraffSchlauches (10) verschweißt sind.

11. Wellschlauch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Wellschlauch (6) und dem Agraffschlauch (10) ein Hochtemperaturschmiermittel eingebracht ist.

12. Wellschlauch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegungsdämpfende Versteifungsraantel (10) als Biegeradiusbegrenzung des Schlauches fungiert, also den kleinstmöglichen Biegeradius definiert.