Entwicklung von Fertigungsverfahren zur Herstellung eines neuartigen Solarkollektors

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden Fertigungstechnologien zur kostengünstigen Herstellung eines neuartigen solarthermischen Kollektors entwickelt. Dieser Kollektor soll aus einem profilierten Grundkörper aus Schaumglas bestehen, welcher mit Flachglas abgedeckt ist. Die Herstellung des Schaumkörpers wurde betrachtet von der Auswahl der Rohstoffe, über die Entwicklung geeigneter Verfahrensparameter, bis zur Formgebung. Ein Schaumkörper mit profilierter Oberfläche konnte im Maßstab von 600 x 600 x 130 mm³ hergestellt werden. Zur Kosteneinsparung wurde hierfür ein Reststoff aus der Glas verarbeitenden Industrie verwendet. Um den Kollektor in ein hydraulisches System eingliedern zu können, wurde eine Technologie zur Einbindung von Rohrleitungsanschlüssen entwickelt. Emaillierte Rohrbögen aus Gusseisen konnten im Schäumungsprozess fest in den Schaumkörper integriert werden. Weiterhin wurden zwei Möglichkeiten zur Anbindung der Deckgläser untersucht. Dabei wurden mittels Klebung durch EVA-Folie eine höhere Verbundfestigkeit erreicht als mittels Löten durch Aluminium-Blech.:Inhaltsverzeichnis Vorwort 1 1 Einleitung 3 2 Solarkollektoren – Stand der Technik 5 2.1 Überblick 5 2.2 Flachkollektor 7 2.3 Zukünftige Entwicklung 16 3 Neuer Lösungsansatz 19 3.1 Konzept 19 3.2 Wirkungsgrad 21 3.3 Herstellkosten 23 4 Angewandte Messverfahren 24 5 Grundkörper des Kollektors 29 5.1 Grundlagen Schaumglas 29 5.1.1 Was ist Schaumglas 29 5.1.2 Schaumglasherstellung 30 5.1.3 Rohstoffe 33 5.1.4 Parameter der Schaumglasherstellung 37 5.2 Vorbetrachtung 42 5.3 Schäumen von Reststoffen 43 5.3.1 Charakterisierung der Rohstoffe 43 5.3.2 Schäumungsversuche 54 5.3.3 Einfluss der Rußart 61 5.3.4 Einfluss der Atmosphäre 63 5.3.5 Schäumungsverstärkung durch Oxidationsmittel 68 5.4 Eigenschaften 73 5.4.1 Schaumfestigkeit 73 5.4.2 Solare Absorption 94 5.4.3 Korrosionsbeständigkeit 104 5.5 Schäumungsform 113 5.5.1 Werkstoffauswahl 113 5.5.2 Charakterisierung von Calciumsilikatwerkstoffen 114 5.5.3 Entformbarkeit 118 5.5.4 Modellschäumung 122 5.6 Zusammenfassung und Ausblick 134 6 Anbindung weiterer Bauteile 137 6.1 Grundlagen der Materialverbindung 137 6.1.1 Anorganische Materialverbindung 137 6.1.2 Organische Materialverbindung 141 6.2 Vorbetrachtung 148 6.2.1 Rohrleitungsanschlüsse 148 6.2.2 Verbindung Grundkörper/ Deckglas 150 6.3 Einbindung der Rohrleitungsanschlüsse 155 6.3.1 Stand der Vorarbeiten 155 6.3.2 Emailliertes Gusseisen 157 6.3.3 Dauerbeständigkeit 166 6.4 Verbindung des Grundkörpers mit dem Deckglas 168 6.4.1 Stand der Vorarbeiten 168 6.4.2 Löten 169 6.4.3 Kleben 182 6.5 Zusammenfassung und Ausblick 185 7 Zusammenfassung 187 8 Ausblick 189 Literaturverzeichnis 191 Abkürzungs- und Symbolverzeichnis 200 Abbildungsverzeichnis 202 Tabellenverzeichnis 207 Anhang 20