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Title:
HOLLOW-CHAMBER PROFILE FOR UTILIZING SOLAR ENERGY
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2004/070287
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a hollow-chamber profile (10, 70) for utilizing solar energy, especially for roofing absorption roofs or the like. Said hollow-chamber profile comprises a transparent top part (12, 72) and a radiation-absorbing bottom part (14) that are jointly produced by two-component extrusion from a plastic material and that are interlinked in the interior of the hollow-chamber profile (10, 70) by longitudinally extending webs (20, , 30) in such a manner as to form parallel flow channels (34, , 48) for a heat-transfer medium. The exterior of the top part (12, 72) is provided with a coating layer (50) that is produced jointly with the top part (12, 72) and the bottom part (14) by two-component extrusion combined with coextrusion from a transparent plastic material that absorbs the ultraviolet radiation fraction.

Inventors:
HINTERNEDER HORST (DE)
Application Number:
PCT/EP2004/000034
Publication Date:
August 19, 2004
Filing Date:
January 07, 2004
Export Citation:
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Assignee:
HINTERNEDER HORST (DE)
International Classes:
B29C48/12; E04C2/54; E04D3/28; E04D3/362; F24J2/04; F24J2/46; F24J2/48; F24S10/50; F24S10/70; B29C48/11; B29C48/18; (IPC1-7): F24J2/24; F24J2/04; F24J2/40
Domestic Patent References:
WO2002084182A12002-10-24
WO2003085329A12003-10-16
Foreign References:
US4114597A1978-09-19
US6110561A2000-08-29
US6379769B12002-04-30
EP0741215A11996-11-06
US4257398A1981-03-24
DE19522645A11997-01-02
EP0440156A21991-08-07
DE2749490A11979-05-10
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Claims:
PATENTANSPRÜCHE
1. Hohlkammerprofil (10,70) zur Nutzung der Sonnenenergie, insbesondere zur Dacheindeckung von Absorptionsdächern oder dergleichen, mit einem transpa renten Oberteil (12,72) und einem strahlungsabsorbierenden Unterteil (14), die gemeinsam durch ZweiKomponentenExtrusion aus Kunststoff hergestellt und im Inneren des Hohlkammerprofils (10,70) durch in Längsrichtung verlaufende <BR> <BR> Stege (20,. .., 30) auf solche Weise miteinander verbunden sind, dass parallele<BR> Strömungskanäle (34,. .., 48) für ein Wärmeträgennedium gebildet werden, da durch gekennzeichnet, dass das Oberteil (12,72) auf seiner Außenseite mit ei ner Deckschicht (50) versehen ist, die gemeinsam mit dem Oberteil (12,72) und dem Unterteil (14) durch die ZweiKomponentenExtrusion kombiniert mit Coex trusion aus einem den ultravioletten Strahlungsanteil absorbierenden und im übrigen transparenten Kunststoff hergestellt ist.
2. Hohlkammerprofil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Deckschicht oder zwischen dem Oberteil (12,72) und der Deckschicht (50) zusätzlich mindestens eine thermotrope Schicht aufbzw. einliegt, die gemein sam mit dem Oberteil (12,72), dem Unterteil (14) und der Deckschicht (50) durch die ZweiKomponentenExtrusion kombiniert mit Coextrusion aus Kunst stoff hergestellt ist und deren Transparenz temperaturabhängig ist.
3. Hohlkammerprofil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Transparenz der Deckschicht (50) selbst temperaturabhängig ist.
4. Hohlkammerprofil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, dass das Unterteil (14) mit Glasfasern verstärkt ist.
5. Hohlkammerprofil gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterteil (14) einen geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das Oberteil (12,72) aufweist.
6. Hohlkammerprofil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Innern des Hohlkammerprofils eine von der Untersei te des Oberteils (72) beabstandete Isolationsschicht angeordnet ist, die gemein sam mit dem Oberteil (72), dem Unterteil (14), der Deckschicht (50) sowie mit ei ner gegebenenfalls vorhandenen thermotropen Schicht durch die ZweiKompo nentenExtrusion kombiniert mit Coextrusion aus Kunststoff hergestellt ist.
7. Hohlkammerprofil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (20,. .., 30) auf solche Weise anteilig von dem Oberteil (12,72) und dem Unterteil (14) gebildet werden, dass das Höhenverhält nis des vom Unterteil (14) ausgehenden StegTeils (54) zu dem vom Oberteil (12, 72) ausgehenden StegTeil (52) zwischen 2 : 1 und 3 : 1 liegt.
Description:
HOHLKAMMERPROFIL ZUR NUTZUNG DER SONNENENERGIE Die Erfindung betrifft ein Hohlkammerprofil zur Nutzung der Sonnenenergie ge- mäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Sonnenkollektoren in Form der eingangs genannten Hohlkammerprofile bieten eine Möglichkeit zur Nutzung der Sonneneinstrahlung. Eine solche Profilkon- struktion, die gleichzeitig als Bauteil zur Dacheindeckung dient und somit zum Eindecken von Absorptionsdächern geeignet ist, ist beispielsweise in der DE 27 49 490 dargestellt. Ein die Profile durchströmendes Wärmeträgermedium wie etwa Luft nimmt die Wärme des durch die Sonneneinstrahlung erhitzten Profils auf und führt sie über eine Sammelleitung oder dergleichen ins Gebäude ab.

Zur Bildung einer geschlossenen, witterungsdichten Dachfläche sind die brettar- tigen Hohlkammerprofile nebeneinander liegend angeordnet und durch Nut-Fe- der-Steckverbindungen miteinander verbunden. Die einzelnen Profile umfassen ein transparentes Oberteil und ein die Strahlung absorbierendes, also beispiels- weise schwarz pigmentiertes Unterteil, die durch in Längsrichtung verlaufende Stege auf solche Weise miteinander verbunden sind, dass im Inneren parallele Strömungskanäle gebildet werden. Oberteil und Unterteil werden gemeinsam durch Zwei-Komponenten-Extrusion aus Kunststoffen mit den jeweils ge- wünschten Eigenschaften hergestellt.

Die mangelhafte Witterungsbeständigkeit der bekannten Hohlkammerprofile hat sich jedoch als problematisch erwiesen. Insbesondere leiden die aus den übli- chen Kunststoffen hergestellten transparenten Oberteile unter der intensiven Sonneneinstrahlung, so dass sie auf Dauer vergilben und sich eintrüben. Dar- über hinaus treten strukturelle Beeinträchtigungen auf, durch welche die Anfor- derungen in Bezug auf die Schlag-und Trittfestigkeit nicht mehr eingehalten werden können. In diesem Fall droht beispielsweise die Gefahr von Beschädi- gungen des Profils durch Hagelschlag oder beim Betreten des Daches. Da diese nachteiligen Effekte vor allem durch den aggressiven ultravioletten Strahlungs- anteil des Sonnenlichts hervorgerufen werden, ist bereits vorgeschlagen worden, das Oberteil auf seiner Außenseite mit einem UV-Schutzlack zu versehen. Ein derartiger Lacküberzug setzt jedoch die Kerbschlagzähigkeit der Oberfläche er- heblich herab.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Hohlkammerprofil der ein- gangs genannten Art zu schaffen, das widerstandsfähiger gegenüber dem ultra- violetten Strahlungsanteil des Sonnenlichts ist und somit eine höhere Lebens- dauer aufweist als die bekannten Hohlkammerprofile.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Hohlkammerprofil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Das Oberteil des erfindungsgemäßen Hohlkammerprofils ist auf seiner Außen- seite mit einer Deckschicht versehen, die aus einem Kunststoff besteht, der den ultravioletten Strahlungsanteil absorbiert und im übrigen transparent ist. Diese UV-absorbierende Deckschicht wird gemeinsam mit dem Oberteil und dem Un- terteil durch die Kombination von Zwei-Komponenten-Extrusion mit Coextrusi- on hergestellt.

Gegenüber den herkömmlichen UV-Lackschichten kann die Kunststoff-Deck- schicht die erforderliche Kerbschlagzähigkeit gewährleisten und blockt den ul- travioletten Strahlungsanteil ab, so dass das transparente Oberteil des Hohl- kammerprofils vor der aggressiven Strahlung dauerhaft geschützt ist und seine optischen und mechanischen Eigenschaften beibehält. Das Oberteil bleibt somit langfristig widerstandsfähig gegenüber Vergilbungen und Eintrübungen und be- wahrt seine mechanische Festigkeit. Die Transparenz wird im übrigen nicht be- einträchtigt, so dass der Wirkungsgrad des Profils erhalten bleibt. Die gemeinsa- me Herstellung der unterschiedlichen Bestandteile durch Zwei-Komponenten- Extrusion in Kombination mit Coextrusion ist besonders einfach und effektiv, während gleichzeitig eine zuverlässige Verbindung der aufeinanderliegenden Schichten gewährleistet wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist zusätzlich mindestens eine thermotro- pe Schicht vorhanden, die entweder auf der Deckschicht aufliegt oder zwischen dem Oberteil und der Deckschicht einliegt und gemeinsam mit dem Oberteil- dem Unterteil und der Deckschicht durch die Zwei-Komponenten-Extrusion kombiniert mit Coextrusion aus Kunststoff hergestellt wird. Die Transparenz der thermotropen Schicht ist temperaturabhängig. Durch eine geeignete Wahl des Schichtmaterials kann eine übermäßige Erhitzung des Inneren des Hohlkam- merprofils verhindert werden. Wird das Kunststoffmaterial der thermotropen

Schicht nämlich so gewählt, dass es bei hohen Temperaturen opak wird und so- mit von der Sonneneinstrahlung nicht mehr durchdrungen werden kann, kann eine übermäßige thermische Belastung des Gesamtsystems vermieden werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Transparenz der UV-ab- sorbierenden Deckschicht selbst auf die oben beschriebene Weise temperaturab- hängig.

Vorzugsweise ist das Unterteil des Hohlkammerprofils durch Glasfasern ver- stärkt. Dies kann unter verschiedenen Gesichtspunkten vorteilhaft sein. Bei- spielsweise kann die Innenseite des glasfaserverstärkten Unterteils eine erhöhte Oberflächenrauhigkeit aufweisen, so dass eine lineare Strömung des Wärmeträ- germediums gestört wird und Turbulenzen erzeugt werden, die den Wärmeüber- gang verbessern. Auf diese Weise wird ein höherer Wirkungsgrad der Hohlkam- merprofile erzielt.

Ferner kann vorzugsweise das Unterteil einen geringeren Wärmeausdehnungs- koeffizienten aufweisen als das Oberteil. Durch die Glasfaserverstärkung kann die Wärmeausdehnung des Unterteils derjenigen des Oberteils angeglichen wer- den, so dass beide Teile des Hohlkammerprofils trotz unterschiedlicher Tempe- raturen die gleiche thermische Ausdehnung aufweisen und es nicht zu Verwer- fungen und Undichtigkeiten bei einer Erhitzung der Dachfläche kommen kann.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist im Inneren des Hohlkam- merprofils eine von der Unterseite des Oberteils beabstandete Isolationsschicht angeordnet, die gemeinsam mit dem Oberteil, dem Unterteil, der Deckschicht sowie mit einer gegebenenfalls vorhandenen thermotropen Schicht durch Zwei- Komponenten-Extrusion in Kombination mit Coextrusion aus Kunststoff herge- stellt ist. Zwischen dieser Isolationsschicht und dem Oberteil kann sich somit ein wärmeisolierendes Luftpolster bilden, das verhindern soll, dass die Wärme aus dem Hohlkammerprofil zur Außenseite des Daches abgegeben wird und Ver- luste auftreten.

Weiter vorzugsweise werden die Stege, die das Oberteil mit dem Unterteil verbin- den, jeweils anteilig von dem Ober-und dem Unterteil gebildet, und zwar auf solche Weise, dass das Höhenverhältnis des vom Unterteil ausgehenden Steg-

Teils zu dem vom Oberteil ausgehenden Steg-Teil zwischen 2 : 1 und 3 : 1 liegt.

Damit ist nicht nur die innere, untere Wandfläche des Hohlkammerprofils, son- dern auch der überwiegende Teil der Stege absorbierend. Diese Konstruktion er- möglicht auch dann einen guten Wirkungsgrad, wenn die Sonneneinstrahlung schrägseitig auf das Hohlkammerprofil fällt, da in diesem Fall die Strahlung gut von den absorbierenden Teilen der Stege aufgenommen werden kann.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen seitlichen Schnitt durch eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hohlkammerprofils und Fig. 2 zeigt einen Schnitt entsprechend Fig. 1 durch eine zweite Aus- führungsform des Hohlkammerprofils.

Das Hohlkammerprofil 10 in Fig. 1 umfaßt ein Oberteil 12 und ein Unterteil 14 aus unterschiedlichen Kunststoffen und ist durch Zwei-Komponenten-Extrusion hergestellt. Das Hohlkammerprofil 10 läßt sich auf später noch zu beschreiben- de Weise mit weiteren, gleichartigen Hohlkammerprofilen 10 auf solche Weise zusammenfügen, dass die Dachfläche eines Absorptionsdaches zur Aufnahme von Sonneneinstrahlung vollständig abgedeckt wird. In dieser Anordnung bildet das Oberteil 12 die Außenseite der Dachfläche, während die dem abzudecken- den Gebäude zugewandte Innenseite durch das Unterteil 14 gebildet wird. An ihren jeweiligen Seitenkanten liegen das Oberteil 12 und das Unterteil 14 auf- einander auf, so daß im Inneren des Hohlkammerprofils 10 ein Hohlraum um- schlossen wird. Die Teile der Ober-und Unterteile 12,14, die die Außenwände 16,18 des Hohlkammerprofils 10 bilden, sind konkav gegeneinander gewölbt, so dass der Querschnitt des Hohlkammerprofils 10 etwa in seinem mittleren Be- reich tailliert ist.

Der Hohlraum im Inneren des Hohlkammerprofils 10 wird durch eine Anzahl paralleler, in Längsrichtung des Profils 10 verlaufender Stege 20,22, 24,26, 28, 30 in eine Anzahl paralleler Strömungskanäle 34,36, 38,40, 42,44, 46,48 un- terteilt, die von einem nicht dargestellten Wärmeträgermedium, insbesondere von Luft durchströmt werden können. Das strömende Wärmeträgermedium

nimmt die Wärme des Hohlkammerprofils 10 auf, das sich durch die Sonnenein- strahlung erwärmt, und führt die Wärme über eine nicht dargestellte gemeinsa- me Sammelleitung oder dergleichen ins Innere des Gebäudes ab.

Damit das Hohlkammerprofil 10 seine Funktion als Sonnenkollektor möglichst effektiv ausüben kann, ist das Oberteil 12 aus einem Kunststoff gefertigt, der für die Sonneneinstrahlung transparent, ist, während das Unterteil 14 die Strah- lung, die das Oberteil 12 durchdringt, möglichst effektiv absorbiert. Beide Teile 12,14, können aus Polycarbonat bestehen, das im Fall des Oberteils 12 trans- parent ist, während das Unterteil 14 schwarz pigmentiert ist.

Das Oberteil 12 ist auf seiner Außenseite, die der Dachoberfläche entspricht, mit einer Deckschicht 50 aus einem Kunststoff versehen, der den ultravioletten Strahlungsanteil absorbiert und im übrigen transparent ist. Durch diese Deck- schicht 50 wird verhindert, dass die darunter liegenden Bestandteile des Hohl- kammerprofils 10 auf Dauer durch die aggressive ultraviolette Strahlung beein- trächtigt werden und sich ihre optischen und mechanischen Eigenschaften ver- schlechtem. Insbesondere soll vermieden werden, dass sich das Oberteil 12 auf Dauer eintrübt oder vergilbt, und ferner soll die Bruch-, Schlag-und Trittfestig- keit der Gesamtkonstruktion erhalten bleiben. Der Wirkungsgrad, des Hohlkam- merprofils 10 wird durch die Deckschicht 50 nicht beeinträchtigt. Die Deck- schicht 50 wird gemeinsam mit dem Oberteil 12 und dem Unterteil 14 durch Zwei-Komponenten-Extrusion kombiniert mit Coextrusion hergestellt, so dass durch ein möglichst einfaches Herstellungsverfahren gleichzeitig eine gute Ver- bindung der einzelnen Schichten untereinander gewährleistet werden kann.

Es ist ferner möglich, weitere Schichten, die in Fig. 1 nicht dargestellt sind, auf ähnliche Weise auf dem Oberteil 12 anzubringen. Insbesondere können auf der Deckschicht 50 oder zwischen dem Oberteil 12 und der Deckschicht 50 thermo- trope Schichten vorgesehen sein, die gemeinsam mit dem Oberteil 12, dem Un- terteil 14 und der Deckschicht 50 durch die Zwei-Komponenten-Extrusion kom- biniert mit Coextrusion aus Kunststoff hergestellt sind und deren Transparenz sich in Abhängigkeit von der Temperatur ändert. Wählt man beispielsweise für die thermotrope Schicht ein Material, das bei einer hohen Temperatur undurch- lässig für Strahlung wird, so kann auf diese Weise eine Überhitzung des inneren

Bereichs des Hohlkammerprofils 10 verhindert werden. Selbstverständlich ist es möglich, dass die Transparenz der Deckschicht 50 selbst temperaturabhängig ist, so dass sich das Ein-bzw. Aufbringen zusätzlicher thermotroper Schichten erübrigt.

Der Kunststoff, aus dem das Unterteil 14 besteht, ist durch Glasfasern verstärkt und weist eine aufgerauhte Oberfläche auf. Durch die Aufrauhung wird eine la- minare Strömung durch die Strömungskanäle 34,..., 48 behindert, so dass Tur- bulenzen entstehen, die dazu beitragen, dass die Wärme vom Unterteil 14 an das Wärmeträgermedium abgegeben wird. Der Wirkungsgrad des Hohlkammer- profils 10 wird dadurch verbessert. Ferner weist das Unterteil 14 durch die Glasfaserverstärkung einen geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten auf wie das Oberteil 12, so dass sich beide Teile 12,14 bei unterschiedlicher Erwär- mung nicht gegeneinander verziehen können, und es werden Aufwerfungen, Un- dichtigkeiten und dergleichen vermieden.

Die Stege 22,..., 30 setzen sich jeweils zusammen aus einem vom Oberteil 12 ausgehenden Teil 52 und einem vom Unterteil 14 ausgehenden Teil 54. Dies ist exemplarisch am Steg 22 dargestellt. Die jeweils vom Oberteil und vom Unterteil 14 ausgehenden Steg-Teile 52,54 sind so bemessen, dass der vom Unterteil 14 ausgehende Steg-Teil 54 höher bemessen ist als der vom Oberteil 12 ausgehen- de Steg-Teil 52. Im Fall des Steges 22 liegt das Höhenverhältnis des unteren Steg-Teils 54 zum oberen Steg-Teil 52 etwa zwischen 2 : 1 und 3 : 1. Die Stege 22,..., 30 sind somit größtenteils absorbierend, so dass auch bei schrägem Strahlungseinfall auf das Hohlkammerprofil 10 ein hoher Wirkungsgrad erreicht werden kann.

Das Unterteil 14 umfaßt schließlich Befestigungsmittel zur Schaffung von Nut- Feder-Verbindungen der einzelnen Hohlkammerprofile 10 untereinander. An der in Fig. 1 linken Kante des Hohlkammerprofils 10 wird dieses durch eine Feder- leiste 56 abgeschlossen, die am Steg 20 angebracht ist und in ihrem Inneren den Strömungskanal 34 umschließt. An der gegenüberliegenden rechten Seite wird durch einen Teil des Stegs 30 und zwei von diesem ausgehende Kammer- wände 58,60 eine Nut 62 umschlossen, in die sich eine entsprechende Federlei- ste 56 eines weiteren, nicht dargestellten Hohlkammerprofils 10 einschieben

läßt. Damit eine Federleiste 56 festen Halt in der Nut 62 findet, weist die Feder- leiste 56 auf ihren gegenüberliegenden Oberflächen Rastzähne 64 auf, die dazu vorgesehen sind, in entsprechende Zahnleisten 66 in den Kammerwänden 58, 60 der Nut 62 einzurasten. Ferner ist jedes Hohlkammerprofil 10 an seinem Un- terteil 14 mit nicht dargestellten Befestigungsmitteln wie Klammern oder derglei- chen versehen, durch die es auf dem einzudeckenden Gebäude befestigt werden kann.

Das Unterteil 14 des Hohlkammerprofils 70 aus Fig. 2 ist mit demjenigen des Hohlkammerprofils 10 aus Fig. 1 identisch, so dass auf die Beschreibung von dessen Einzelheiten an dieser Stelle verzichtet wird. Das Oberteil 72 besteht wie in Fig. 1 aus transparentem Kunststoff, der mit einer für UV-Strahlung un- durchlässigen, ebenfalls aus Kunststoff bestehenden Deckschicht 50 überzogen ist. Ferner ragen auf der Unterseite des Oberteils 72 Steg-Teile 52 auf, die mit entsprechenden Steg-Teilen 54 des Unterteils 14 die in Längsrichtung verlaufen- den Stege im Inneren des Hohlkammerprofils 70 bilden. Gegenüber der Kon- struktion aus Fig. 1 umfaßt das hier gezeigte Oberteil 72 eine zusätzliche Isolati- onsschicht 74 aus transparentem Kunststoff, die von der Unterseite des Ober- teils 72 beabstandet ist. Sie verbindet die einzelnen Steg-Teile 52 untereinander und erstreckt sich über die gesamte Breite des Oberteils 72. Zwischen der Un- terseite des Oberteils 72 und der Isolationsschicht 74 werden somit weitere Kammern 76 von den Strömungskanälen abgetrennt, die ein Luftpolster enthal- ten und weitgehend verhindern, dass Wärme aus dem Inneren des Hohlkam- merprofils 70 an die Außenluft abgegeben wird. Somit erhöht die Isolations- schicht 74 den Wirkungsgrad. Sie läßt sich gemeinsam mit allen übrigen Be- standteilen des Hohlkammerprofils, also insbesondere mit dem Unterteil 14, dem Oberteil 74, mit der Deckschicht 50 und gegebenenfalls weiteren thermo- tropen Schichten durch kombinierte Zwei-Komponenten-Extrusion mit Coextru- sion herstellen.

Obwohl die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele speziell zum Eindecken von Absorptionsdächern geeignet sind, ist es denkbar, Hohlkammerprofile im Rahmen der Erfindung in anderer Weise als Sonnenkollektoren zu nutzen und entsprechend auszubilden.