DE69918336T2

DE69918336T2 - Mantel für einen behälter, behälter und verfahren zur herstellung desselben

Info

Publication number: DE69918336T2
Application number: DE69918336T
Authority: DE
Inventors: Bo Rönnkvist
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-12-03
Filing date: 1999-12-03
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2019-12-04
Also published as: SE9804196L; DK1165270T3; AU2016900A; EP1165270B1; ATE269765T1; ES2224736T3; WO2000032329A1; DE69918336D1; EP1165270A1; SE9804196D0

Description

GEBIET DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mantel für einen Behälter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Ein derartiger Mantel und ein solcher Behälter sind aus der DE-A-195 06 124 bekannt, die eine Öltrommel beschreibt, deren Stirn- bzw. Verschlussflächen in die Trommel eingeschweißt werden sollen, und zwar von außerhalb der Trommel. Ein solches Schweißen ist kompliziert und kann zu unsauberen Schweißnähten führen, so dass an die Maßtoleranzen der Stirnflächen hohe Anforderungen zu stellen sind, die zu hohen Fertigungskosten beitragen.
Weiterhin ist der beschriebene Mantel mit einer tragenden Kante sehr kleiner Querabmessungen versehen. Wird bei der Fertigung die Stirnfläche zu klein oder verwirft sie sich, fällt sie an der Stützkante vorbei ins Innere der Öltrommel. Um dies zu vermeiden, sind hier ebenfalls hohe Anforderungen an die Maßtoleranzen der Stirnfläche und der Stützkante zu stellen. Liegt weiterhin die gesamte tragende Fläche, d. h. der von der Kante der Stirnfläche gebildete Kreis, nicht gleichzeitig auf der Stützkante des Mantels auf, kann auch in diesem Fall die Stirnfläche an der tragenden Kante vorbei in die Öltrommel fallen. Folglich ist eine sehr genau arbeitende Montagetechnik erforderlich.
Die FR-A-2 304 022 beschreibt einen Druckbehälter für ein Gas, wie er allgemein als Flaschengaszylinder bekannt ist. Im Einsatz ist ein Brenner an den Flaschengaszylinder angeschlossen. Mittels eines Ventils wird die aus dem Flaschengaszylinder zu lassende Gasmenge und so die Flamme justiert.
Beim Herstellen des dort beschriebenen Flaschengaszylinders wird in der Außenseite eines glockenförmigen Rumpfs eine ringförmige Vertiefung ausgebildet, die im Rumpfinnern einen Vorsprung ausbildet, der einen Anschlag für ein Verschlusselement darstellt. Das Verschlusselement ist eine kuppelartig ausgewölbte Scheibe mit einer rückwärts umgefalteten Umfangswandung, die sich von der kugelförmigen Verlängerung der Kuppel weg erstreckt. Die ringförmig umlaufende Wand des Verschlusselements kann auf der Innenwand des kuppelförmigen Rumpfes vom Vorsprung bis zur Endfläche durchgehend aufliegen. Danach werden sie verschweißt oder verlötet.
Eine solche Konstruktion erfordert in der Fertigung eine erhebliche Präzision hinsichtlich der Abmessungen der Teile, da die ringförmige zylindrische Wandung des Verschlusselements mit Druck beaufschlagt wird, bis sie über die gesamte Fläche an der zylindrischen Innenwand des glockförmigen Rumpfes anliegt. Hierzu sind spezielle Werkzeuge erforderlich, mit denen das Einsetzen durchführbar ist. Weiterhin besteht die Gefahr einer Risskorrosion der Schweiß- bzw. Lötnaht.
Die GB-A-191 796 beschreibt eine Acetylenlampe für Fahrräder. Ein Rohr zur Speicherung von Acetylengas ist am Fahrradrahmen angeordnet; das Gas wird der Lampe mit einem Rohr oder Schlauch zugeführt.
Das Rohr ist mit einer ringförmig umlaufenden Vertiefung versehen, die auf der Rohrinnenseite einen Anschlag bildet, auf den ein Verschlusselement auf gelötet wird. Das Löten erfolgt so, dass die Gefahr einer Risskorrosion entsteht. Weiterhin können die hier gezeigten Lötungen keine hohen Spannungen aufnehmen, sondern sind nur als dichte Verschlüsse zu betrachten.
Bei der Herstellung eines Druckbehälters ist es üblich, einen kreiszylindrischen Mantel mit kuppelförmig gewölbten Stirnflächen vorzusehen, die Kante an Kante mit den zugehörigen Endkanten des Zylinders verschweißt werden. Hier ist bei der Herstellung der Kuppeln und des Mantels eine hohe Präzision gefordert, da die Kanten entlang des gesamten Außenumfangs der Endkante des Mantels aneinander liegen müssen. Ist der Kuppelumfang, d. h. die Umfangskante größer als die Endkante des Mantels, liegt ein Teil der Endkante des Mantels an der Innenwandfläche der Kuppel, nicht an deren Umfangskante an. Ist demgegenüber die Umfangskante der Kuppel kleiner als die Endkante des Mantels, erreicht sie die Endkante des Mantels nicht entlang des gesamten Umfangs der Wölbung. Mäntel mit geringer Werkstoffdicke nehmen oft eine nicht kreiszylindrische Form an, so dass ein Justieren der Wölbung gegen den Mantel vor dem Zusammenfügen – bspw. durch Schweißen – schwieriger wird.
ZIEL DER ERFINDUNG
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist ein Halbfertigprodukt eines Behälters, d. h. ein Mantel, sowie ein fertiger Behälter für ein Fluid unter Druck, die in der Herstellung einfacher und kostengünstiger sind.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Dieses Ziel wird bei einem Mantel der eingangs festgestellten Art mit den Merkmalen des Kennzeichens des Anspruchs 1 erreicht.
Das Ziel wurde bei einem Behälter der eingangs angegebenen Art ebenfalls erreicht mit einem Mantel und einem Verschlusselement, das auf den mindestens teilweise divergierenden Bereich aufgesetzt ist.
Das Ziel wurde weiterhin erreicht mit einem Verfahren zum Herstellen eines solchen Mantels, bei dem man eine rechteckige Tafel aus Metall oder Kunststoff mit im wesentlichen rechteckiger Gestalt bereit stellt, den mindestens teilweise divergierenden Bereich mindestens eines der Endteile zu einer Sollgestalt profiliert, und mindestens eine Profilierung innen und mindestens eine Profilierung außen auf den Mantel aufbringt, wobei mindestens eines der Profilierungswerkzeuge aktiv in Drehung versetzt wird.
Das Ziel wurde auch erreicht mit einem Verfahren zum Herstellen eines solchen Behälters, bei dem man das Verschlusselement auf den mindestens teilweise divergierenden Bereich auflegt und mit diesem verbindet.
Auf diese Weise wurden ein Mantel bzw. ein Behälter erreicht, deren Herstellung und Zusammenbau keine hohe Präzision erfordern und sich daher automatisieren lassen, was zu niedrigen Fertigungskosten beiträgt. Weiterhin werden ein Mantel bzw. ein Behälter mit einer Auflage bereit gestellt, auf die man das Halbfertig- oder Fertigprodukt auflegen kann. Ein weiterer Nachteil ist, dass sich gegenüber Behältern oder Mänteln nach bekannter Technik für entsprechende Arbeitsdrücke geringere Werkstoffdicken einsetzen lassen. Auch wird verhindert, dass das Verschlusselement insgesamt oder teilweise bspw. schräg am Endteil vorbei passt. Darüber hinaus erhält man eine Versteifung des Mantels.
Zweckmäßigerweise weist der Endteil ein Führungselement auf. Dadurch erreicht man eine Führung des Verschlusselements, bevor es festgelegt wird.
Zweckmäßigerweise wird der Endteil auch mit einem Grenzbereich zwischen dem Anschlag und dem Führungselement ausgeführt. Hiermit erreicht man einen idealen Bereich zum Aufsetzen und Festlegen des Verschlusselements.
Das Festlegen lässt sich natürlich auch durch Aufschweißen einer Anzahl von Vorsprüngen, eines Rings oder dergl. – abhängig von der Form des Mantels – erreichen. Dann muss man jedoch in der Fertigung mehr Bearbeitungsschritte hinnehmen.
Zweckmäßigerweise ist der Vorsprung im wesentlichen zur Zentralachse gerichtet.
Vorzugsweise ist die Divergenz des Führungselements im wesentlichen konstant. Man erreicht so eine um den Außenumfang des Mantels umlaufende Kante, auf der das Verschlusselement in eine geeignete mittige Lage gleiten kann.
Zweckmäßigerweise hat die Divergenz des Führungselements einen Winkel α zwischen 10° und 45° zur Zentralachse. Vorteilhafterweise liegt der Winkel α jedoch zwischen 20° und 27°; am besten beträgt er 23°. Hiermit erreicht man einen Endbereich, der sich beim Montieren des Verschlusselements problemlos handhaben lässt.
Vorzugsweise ist der Mantel um die Zentralachse symmetrisch. Insbesondere ist der Mantel im wesentlichen kreiszylindrisch. Das Anschlagelement ist in diesem Fall geeigneterweise ringförmig. Natürlich kann der Mantel einen anderen als einen kreisförmigen – bspw. einen quadratischen oder sonstwie mehreckigen Querschnitt – aufweisen.
Mit Vorteil bildet der Grenzbereich einen Kreis. Weiterhin ist das Anschlagelement ringförmig umlaufend.
Zweckmäßigerweise hat der mindestens teilweise divergierende Bereich einen Teil, der der Zentralachse am nächsten liegt.
Vorzugsweise hat das Anschlagelement mindestens teilweise einen Durchmesser, der kleiner ist als der Hauptdurchmesser des Mantels. Zweckmäßigerweise hat das Führungselement mindestens teilweise einen Durchmesser, der kleiner ist als der Hauptdurchmesser des Mantels. Hiermit erreicht man einen Mantel, der sich seinerseits problemlos in eine Umhüllung einbauen lässt.
Vorzugsweise ist das Verschlusselement kuppelartig gewölbt. Hiermit erreicht man eine für Druckgefäße geeignete Gestalt. Das Verschlusselement ist also konvex und es hat eine Umfangskante, die im wesentlichen parallel auf den divergierenden Bereich auftrifft. Die Form des Verschlusselements ermöglicht die Verwendung eines dünneren Werkstoffs. Beim Einsatz von dickerem Werkstoff kann eine Vorbereitung der Verbindungsstelle, d. h. eine keilförmig zum Behälteräußeren divergierenden Öffnung erforderlich sein, um eine hochwertige Schweißung zu erreichen.
Vorzugsweise ist das Verschlusselement mittels einer Schweißnaht mit dem Mantel verbunden, die direkt auf den Umfang des Verschlusselements aufgebracht wird, wo es innen am Mantel anliegt. Auf diese Weise erreicht man ein einfaches, zuverlässiges und kostengünstiges Schweißverfahren für den Behälter.
Vorzugsweise ist der Mantel und/oder das Verschlusselement mit mindestens einer Öffnung zur Aufnahme einer Heiz- oder Kühleinrichtung für den Behälterinhalt und/oder zum Fördern von Fluiden in den oder aus dem Behälter versehen. Hiermit lässt der Behälter sich für mehrere alternative Einsatzbereiche herrichten.
Insbesondere weist die Einrichtung zum Erwärmen eines Fluids im Behälter eine thermische Einrichtung wie einen elektrischen Tauchsieder, einen Ölbrenner, einen Gasbrenner oder eine Rohrschlange zum Erwärmen oder Kühlen auf. Alternativ oder zusätzlich kann die Einrichtung zum Erwärmen oder Kühlen eines Fluids im Behälter eine Steuereinrichtung wie einen Thermostat oder einen Nebenschluss aufweisen.
Mit Vorteil wird nach dem Verfahren zum Herstellen eines Mantels der im wesentlichen divergierende Bereich mindestens einer der Endteile profiliert, indem man innen und außen je mindestens ein Profilierwerkzeug auf den Mantel aufbringt und dabei mindestens eines der Profilierwerkzeuge aktiv in Drehung versetzt.
Zweckmäßigerweise wird nach dem genannten Verfahren eine rechteckige Tafel aus Metall oder Kunststoff zu einer im wesentlichen kreiszylindrischen Gestalt mit einem längs verlaufenden Schlitz gebogen, der zugeschweißt wird, wobei das Biegen und Schweißen dem Bereitstellen des im wesentlichen divergierenden Bereichs vorhergehen.
Mit Vorteil wird nach dem Verfahren zum Herstellen eines Behälters das Verschlusselement auf den im wesentlichen divergierenden Bereich aufgelegt und mit letzterem verbunden.
Zweckmäßigerweise erfolgt das Verbinden durch Schweißen auf der dem Endteil zugewandten Seite der Verschlusselements.
Bei der Herstellung des Mantels, der Stirnflächen und/oder vollständiger Behälter aus anderen Werkstoffen als Blech lassen sich vollständig andere Verfahren zur Formgebung des Endteils einsetzen, einschl. des Formgießens, Wärmeformens usw. Die Montage der Teile lässt sich dann mittels für das jeweilige Material verfügbarer Verfahren vornehmen – bspw. mit Klebstoff oder wärmehärtenden Kunststoffen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ZEICHNUNGEN
Es wird nun die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben.
1a zeigt als Sprengdarstellung einen Druckbehälter mit einem Mantel und zwei Verschlusselementen;
1b ist ein Teilschnitt durch den Endteil und das Verschlusselement des Druckbehälters;
2 zeigt das Aufsetzen des Verschlusselements vor dem Verbinden; 3 zeigt den Mantel mit aufgeschweißtem Verschlusselement;
4a–d zeigt alternative Querschnittsformen des Endteils;
5 zeigt eine Profiliervorrichtung zum Profilieren der Endteile;
6 zeigt ein Profilierwerkzeug für die Profiliereinrichtung der 5;
7 zeigt eine alternative Ausführungsform des Behälters; und
8 zeigt den Behälter mit angesetzten Hilfseinrichtungen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
1a zeigt in einer Sprengdarstellung einen Druckbehälter 1 mit einem Mantel 2, der hergestellt wurde, indem man eine (etwa 2 mm) dünne rechteckige Tafel aus Stahlblech, Aluminium oder dergl. mit Biegerollen biegt, bis die beiden gegenüber liegenden Kanten aneinander anliegen. Dadurch nimmt die Tafel eine im wesentlichen kreiszylindrische Form an. Um diese beizubehalten und einen durchgehenden Mantel zu erzeugen, werden die gegenüberliegenden Kanten verschweißt. Die kreiszylindrische Gestalt ist im wesentlichen symmetrisch um eine Zentralachse A.
Alternativ wird ein geeignetes Polymerisat-Material – bspw. ein thermoplastische Kunststoff – zur Sollgestalt geformt.
Um den Druck eines Fluids – eines Gases oder einer Flüssigkeit – im Behälter aufzunehmen, ist das Verschlusselement 3 in Form einer Stirnfläche oder eines Bodens kuppelartig ausgewölbt. Derartige Verschlusselemente werden auch als "kalottenförmig" bezeichnet. Jedes Verschlusselement 3 wurde bspw. durch Pressen oder Drücken einer kreisförmigen Tafel mit einer kreisrunden Kante 4 herstellt. Natürlich ist das Verschlusselement auch aus einem geeigneten Polymerisat-Werkstoff herstellbar.
Der Teilschnitt der 1b zeigt einen Teil der Kuppel und einen Endbereich 5 des Mantels. Der Endteil 5 weist eine Auflage bzw. ein Anschlagelement 6 in Form einer Vertiefung 6a auf, die einem Vorsprung 6b auf der anderen Seite der Tafel, d. h. im Mantel 2 entspricht. Ein Schnitt durch die Vertiefung 6a und den Vorsprung 6b ist mindestens teilweise im wesentlichen U-förmig und hat eine Spitze bzw. Ecke 6c, die der Zentralachse A am nächsten liegt, d. h. wo der Mantel seinen kleinsten Radius hat. Der Bereich zwischen dem mittigen Teil des Mantels 2 und der Ecke 6c ist mit 6d bezeichnet. Der Endteil 5 weist auch ein Führungselement 7 auf, das sich vom Anschlagelement 6 zur Mündung hin erstreckt. Der Bereich zwischen dem Punkt 6c und dem Führungselement 7 ist mit 6e bezeichnet. Ein Schnitt durch das Führungselement 7 ist gradlinig. Das Bezugszeichen 8 bezeichnet einen Grenzbereich in Form einer Unstetigkeit im U-förmigen Anschlagelement 6, wo letzteres zur Gradlinigkeit des Führungselements übergeht.
Der Endteil 5 hat einen divergierenden Bereich 8a, der einen Teil des Vorsprungs 6b vom Punkt 6c und zum Führungselement 7 einschließt. Der divergierende Bereich divergiert also vom Punkt 6c zur Mündung und zu einer Endfläche 5a in Form eines Kreises, der eine Mündung 5b umschließt. Insbesondere verläuft das Führungselement 7 unter einem Winkel α zur Zentralachse A, d. h. zur Mantelfläche, der kleiner ist als der Winkel des Anschlagelements 6, wo das U-förmige Anschlagelement über den Grenzbereich 8 zur Gradlinigkeit übergeht. Der Winkel kann zwischen 5° und 60° liegen; praktische Tests haben erwiesen, dass ein Winkel zwischen 10° und 45° eine höhere Präzision bei der Montage ergibt und ein Winkel zwischen 20° und 27° für das Einsetzen des Verschlusselements 3 bei der Montage vorteilhafter ist. Die besten Ergebnisse erzielt man mit einem Winkel von 23°.
Es sei darauf hingewiesen, dass die seitliche Erstreckung der Endfläche 5a sehr klein und in der Tat so klein sein kann, dass sie eine Kante bildet; im Fall eines Kreises verjüngt sich die Kante zu einer umlaufenden Linie.
Da der Mantel 2 kreiszylindrisch ist, ist der Endteil umlaufend ringförmig, was bedeutet, dass das Führungselement 7 und das Anschlagelement 6, d. h. die Vertiefung 6a und de Vorsprung 6b ringförmig umlaufen. Entsprechend stellen der Punkt 6c sowie auch der Grenzbereich 8 einen Querschnitt einer ringförmig umlaufenden Linie dar.
Das Profilieren des Endteils 5 stabilisiert den Mantel, was bedeutet, dass er seine kreiszylindrische Form besser annehmen kann. Unter dem Endteil befindet sich entlang der Zentralachse A ein mittiger Bereich 9 und auf der anderen Seite des mittigen Teils 9 noch in Richtung der Zentralachse A ein weiterer Endteil, der spiegelbildlich zum ersteren Endteil ausgeführt ist. Auch hat dieser Endteil 5 eine Endfläche 5a, die eine Öffnung 5b umschließt.
Der Mantel 2 und die Stirnflächen 23 sind weiterhin mit Öffnungen 10 versehen, die zur Aufnahme von die Temperatur beeinflussenden Einrichtungen – bspw. Wärme- und Kühlschlangen, Thermostaten, Nebenschlüsse – sowie von Speise- und Rücklaufleitungen für Fluide usw. gedacht sind.
In praktischen Tests lag der Durchmesser des Mantels zwischen 50 mm und 1600 mm und seine Länge zwischen 500 mm und 2000 mm; die Erfindung ist natürlich auf diese Maße nicht beschränkt.
2 zeigt die Stirnfläche 3 mit ihrer Kante 4 im Grenzbereich 8 auf den Endteil 5 aufgelegt. Dabei handelt es sich um die ideale Zuordnung, d. h. wenn die Fertigung eine Kuppel 3 der Sollgröße ergeben hat. Erhält die Kuppel oder der Mantel bei der Fertigung eine Größe, die dem jeweiligen Idealwert nicht entspricht, liegt die Stirnfläche bzw. Kuppel 3 mit ihrer Kante 4 entlang des Anschlagelements 6 auf, d. h. auf dem Vorsprung 6b bis zum Teil 6c hinab oder entlang des Führungselements 7 bis zur Endfläche 5a hinauf. Hierdurch schwächen sich die Anforderungen an die Fertigungstoleranzen der Stirnflächen 3 und des Mantels 2 ab. Dadurch werden die Fertigung weniger kostspielig und eine Automatisierung leichter durchführbar.
Ist der Mantel 2 mit seiner Achse A vertikal gestellt, wird die Stirnfläche 3 am Ende des Mantels in die Sollage gehoben. Hierfür ist keine hohe Präzision erforderlich; das Führungselement 7 wirkt im Grenzbereich 8 selbstjustierend, da in Folge von deren Gestalt die Stirnfläche oder Kuppel 3 eine zur Zentralachse im wesentlichen rechtwinklige Lage einnehmen will. Hierzu wird eine Kraft axial zum Zylinder aufgebracht. Gleichzeitig wird der Mantel 2 stabilisiert und nimmt eine im wesentlichen kreiszylindrische Form an, da die umlaufende Kante 4 der Kuppel im Grenzbereich 8 aufliegt. Ist die Kuppel 3 verzogen, wird sie entlang des gesamten Umfangs mit Druck beaufschlagt und gleichzeitig ausgerichtet, so dass man auf jeden Fall einen vollen Kontakt erhält und unerwünschte Spalten zwischen der Stirnfläche 3 und dem Endteil 5 vermieden werden. Zum Aufsetzen der Stirnfläche 3 auf das andere Ende kehrt man den Mantel zunächst um, so dass dieses andere Ende nach oben weist.
Alternativ kippt man den Mantel 2 mit der Zentralachse A in die Waagerechte, so dass die beiden Endteile 5 beiderseits einer vertikalen Ebene liegen. In diesem Fall lassen die beiden Verschlusselemente oder Stirnflächen 3 sich aus der jeweiligen Richtung gleichzeitig ansetzen. Beim Aufdrücken derselben im entsprechenden Grenzbereich 8 nimmt gleichzeitig der Mantel eine im wesentlichen kreiszylindrische Gestalt an; unerwünschte Spalte zwischen der Stirnfläche und dem Mantel bleiben minimal. Dieses gleichzeitige Aufbringen der Stirnflächen 3 ist natürlich auch möglich, wenn die Zentralachse zur Montage anders gerichtet ist; dann setzt man für den Mantel eine geeignete Vorrichtung ein.
Entspricht der Durchmesser der kreisförmigen Kante 4 der Stirnfläche 3 nicht dem Durchmesser 8 des Grenzbereichs, liegt sie – abhängig davon, ob ihr Durchmesser zu klein oder zu groß ist – auf dem Anschlagelement 6 oder auf dem Führungselement 7 auf.
In Folge der Gestalt des Anschlagelements 6 wird die Stirnfläche 3 nicht in den Innenbereich 6c rutschen; in Folge der Gestalt des Führungselement 7 lässt sich eine Stirnfläche 3 unabhängig davon, ob die Kante (natürlich innerhalb gewisser Grenzen) einen zu großen oder zu kleinen Durchmesser hat, so einsetzen, dass man sie am Anschlagelement 6 oder am Führungselement 7 festlegen kann.
Die Fertigung des Mantels 2 und des Verschlusselements 3 erfordert also keine hohe Präzision.
Die 3 zeigt mit zwei Einzelheiten, wie die Stirnfläche 3 mit dem Mantel 2 verbunden wird, und zwar mit einer Schweißnaht 11 direkt dort, wo die Kante 4 des kuppelförmig gewölbten Verschlusselements 3 im wesentlichen parallel, aber mit einem schmalen Schlitz (der nicht mit den oben erwähnten Spalten zu verwechseln ist) auf den divergierenden Bereich 8a trifft (vergl. die Einzelheit). Dadurch erhält man eine ausgezeichnete Durchdringung der Schweißnaht und einen vollständig gefüllten Schweißspalt. Dadurch wir eine Risskorrosion vermieden, wie auch der stetig abnehmende Durchmesser des divergierenden Bereichs 8a darunter einem Austritt des geschmolzenen und fließenden Materials in den Behälter 1 beim Verbinden entgegenwirkt.
In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, dass man die Stirnfläche vor dem Schweißen nicht mit dem Mantel zu verpunkten braucht. Dadurch kann ein Schweißer oder ein Schweißroboter sofort entlang der gesamten Fuge zwischen der Stirnfläche 3 und dem Mantel 2 eine durchgehende Schweißnaht ziehen. Da keine Punktungen mehr nötig sind, erhält man auch eine bessere Schweißverbindung.
Natürlich ist das Verbinden des Verschlusselements 3 mit dem Mantel 2 nicht auf ein Schweißen beschränkt; es lässt sich – abhängig vom Behälterwerkstoff – ebenso durch Verlöten, Verkleben oder dichtes Verschließen mit wärmehärtendem Polymerisat usw. erreichen. Auch kann das Verschlusselement 3 aus einem anderen Werkstoff als der Mantel 2 gefertigt werden.
Hierdurch lässt der gesamte Prozess sich unter Verwendung herkömmlicher Förder-, Halte- und Schweiß- oder anderer Verbindungsmaschinen problemlos automatisieren.
Bei an den Mantel angesetztem Verschlusselement 3 erhält man auch eine Versteifung und Sicherung der im wesentlichen kreiszylindrischen Gestalt des Mantels, die sich beim Einsetzen ergeben hat.
Es sei auch darauf verwiesen, dass bei der Herstellung mindestens des Mantels aus einem Polymerisatwerkstoff sich das Sollprofil der Endteile durch Blas formen oder Druckgießen des gesamten Mantels 2 erreichen lässt. Was oben zu den durchgehenden Schweißverbindungen festgestellt ist, gilt natürlich auch für diese Werkstoffe unter Anpassung an das jeweils eingesetzte Verbindungsverfahren.
Die 4a zeigt einen ersten alternativen Querschnitt des Endteils 5, wo der divergierende Bereich 8a einen im wesentlichen bogenförmigen Teil 6b und einen weiteren bogenförmig gebogenen Teil 7 aufweist, der dem Teil 6e entgegengesetzt gebogen ist. Dies bedeutet, dass der Winkel zwischen dem Teil 7 und der Zentralachse A sich zur Endfläche 5a hin verringert.
4b zeigt einen zweiten alternativen Querschnitt des Endteils 5, bei dem der divergierende Bereich 8a nur aus einem Führungselement 7 besteht, das abhängig vom Winkel des Führungselements zur Zentralachse auch ein Anschlagelement darstellt. Je größer der Winkel α, desto besser wirkt das Führungs- als Anschlagelement; gleichzeitig wird aber seine Führungsfähigkeit verringert. In dieser Ausführungsform liegt die Endfläche 5a in einer Linie mit dem kreiszylindrischen Teil des Mantels 2. Da kein Grenzbereich 8 vorliegt, ist in diesem Fall α definiert als der Winkel zwischen dem Führungselement 7 und der Zentralachse A im Punkt 6c.
Die 4c zeigt einen dritten alternative Querschnitt des Endteils 5, wo das Führungselement 7 außerhalb des divergierenden Bereichs 8a mit einem ringförmig umlaufenden Teil 12 versehen ist, der parallel zu und in einer Linie mit dem kreiszylindrischen Teil des Mantels 2 verläuft. Der Teil 12 erleichtert das Aufstellen des Behälters 1 auf einem Fußboden oder das Aufstellen anderer Gerätschaften auf den Behälter.
Die 4d zeigt eine Variante des Endteils 5 nach 1b. Hier ist der Querschnitt abgerundet und hat im wesentlichen eine V-förmige Gestalt.
In diesem Zusammenhang sei hinzugefügt, dass das Anschlagelement 6 nicht im Blech ausgebildet zu sein braucht, sondern in Form einer Vielzahl von Vorsprüngen oder eines Rings auf die Blechinnenfläche aufgeschweißt sein kann. Es wäre also möglich, die Endteile der 1 und der 4a–4d mit einem derartigen Anschlagelement 6 auszuführen. Gleiches gilt für das Führungselement 7.
In den 4a–4d hat der Winkel α einen Wert entsprechend den obigen Feststellungen zur 1b.
Natürlich lassen sich die verschiedenen Formen der in den 1 und 4a–4d gezeigten Teile 6e und/oder 7 geeignet kombinieren. Dies schließt auch den Teil 12 der 4e und 4g ein. Weiterhin lässt sich der Punkt 6c natürlich abflachen, so dass man eine andere Form als eine Spitze oder Ecke erhält – bspw. eine Fläche.
Die 5 zeigt schaubildlich den Mantel 2 auf zwei Stützrollen 20, 21 gelegt mit einem Paar gegenüber liegender drehbarer Profilierwerkzeuge in Form eines Druckrades 22 und eines Nutrades 23 in Gestalt des Sollquerschnitts des profilierten Endteils 5 der 1b und 4a–4d oben. Ein Antrieb 24 dreht die Räder 22, 23.
Anstatt von für den Endteil winklig profilierten Werkzeugen lassen sich mehr als zwei Werkzeuge verwenden, die anders profiliert sind.
Die 6 zeigt schaubildlich das Druckrad 22 und das Nutrad 23 mit dem Antrieb 24 mit seinen Antriebsachsen 25, 26 und einem Getriebe in Form der Zahnräder 27, 28.
Das Profilieren des Anschlag- und des Führungselements 6 bzw. 7 erfolgt, indem man das Druck- und das Nutrad 22, 23 mit einer geeigneten Mechanik innen und außen an den Mantel ansetzt. Der Antrieb 24 treibt die Werkzeuge 22, 23 entgegengesetzt an, so dass der Mantel 2 umläuft. Die Stützrollen 20, 32 haben keinen eigenen Antrieb, drehen aber mit, wenn die Werkzeuge den Mantel 2 eine geeignete Anzahl von Umdrehungen ausführen lassen, mit der man das Sollprofil des Endteils 5 erreicht.
Das Profilieren des anderen Endes des Mantels 2 erfolgt vorzugsweise gleichzeitig mit einem weiteren Werkzeugpaar 22, 23 in einer geeigneten Mechanik am anderen Ende der Rollen 20, 21.
Eine kreiszylindrische Form des Mantels 2 ist vor dem Profilieren nicht gewährleistet, da das Blech dünn ist. Die Profilierung versteift den Zylinder und verbessert die Mantelgeometrie.
Die 7 zeigt eine zweite Ausführungsform des Behälters 1, dessen Mantel 2 einen bspw. durch Tiefziehen einteilig angeformten Boden sowie nur einen Endteil 5, d. h. nur eine Mündung 5b aufweist. In diesem Fall wird nur dieser Endteil 5 zur Aufnahme eines kuppelartig gewölbten Verschlusselements 3 profiliert. Dadurch erhält man einen Behälter 1, der geeignet ist zur Aufnahme von flüssigem Kohlenwasserstoffgas oder zur Verwendung als Wassererhitzer. Ein geeignetes Profil des Endteils 5 lässt sich entsprechend einer der oben erläuterten Alternativen wählen.
Die 8 zeigt einen so genannten Speichertank 30 mit einem erfindungsgemäßen Behälter 1 zum Erwärmen von Wasser mittels eines elektrischen Tauchsieders 31 oder einer Rohrschlange 32 zu einer nicht gezeigten Solar-Anlage oder einer anderen Quelle heißer oder kalter Flüssigkeit. Der Speichertank kann natürlich auch an einen Holz- oder Ölkessel angeschlossen sein. Der Überdruck im Speichertank, der Anschlüsse 33, 34 zu Radiatoren aufweist, beträgt 1 Bar bis 10 Bar. Mit einem Nebenschluss 35 wird der Zufluss zu den Radiatoren geregelt.
Weiterhin ist der Speichertank 30 mit einem Wassererhitzer 36 versehen, der einen Behälter 1 nach 7 zum Erwärmen von Leitungswasser aufweist. Der Überdruck in diesem Behälter beträgt normalerweise 5 Bar bis 10 Bar oder mehr. Alternativ kann der Wassererhitzer 36 natürlich einen Behälter 1 nach 3 oder einen andersartigen Behälter aufweisen.

Claims

Mantel (2) für einen Behälter (1), der ein Fluid unter Druck aufnehmen soll, um eine Zentralachse (A) herum angeordnet ist und entlang dieser einen Mittelteil (9) sowie auf mindestens einer Seite desselben einen Endteil (5) aufweist, wobei der Mittelteil eine Öffnung (5b) umschließt, dadurch gekennzeichnet, dass der Endteil (5) einen Bereich (8a) bildet, der mindestens teilweise entlang der Zentralachse (A) und Von dieser sowie Vom Mittelteil (9) weg divergiert und mit dem ein Verschlusselements (3) unlösbar verbunden werden soll, und dass mindestens ein Anschlag (6) um den Innenumfang des Mantels auf der Höhe des Endteils (5) herum vorgesehen ist, wobei der Anschlag (6) mindestens einen Vorsprung (6b) aufweist und um den Außenumfang des Mantels herum mindestens eine Vertiefung (6a) vorgesehen ist, die den Vorsprung (6b) bildet.
Mantel nach Anspruch 1, dessen Endteil (5) ein Führungselement (7) aufweist.
Mantel nach Anspruch 2, dessen Endteil (5) mit einem Übergangsbereich (8) zwischen dem Anschlag (6) und dem Führungselement (7) versehen ist.
Mantel nach einem der vorgehenden Ansprüche, bei dem der Vorsprung (6b) im wesentlichen zur Zentralachse (A) hin gerichtet ist.
Mantel nach einem der Ansprüche 2–4, bei dem die Divergenz des Führungselements (7) im wesentlichen konstant ist.
Mantel nach einem der Ansprüche 2–5, dessen Führungselement (7) unter einem Winkel (α) zwischen 5° und 60° von der Zentralachse (A) weg divergiert.
Mantel nach einem der Ansprüche 2–6, dessen Führungselement (7) unter einem Winkel (α) zwischen 10° und 45° von der Zentralachse (A) weg divergiert.
Mantel nach einem der Ansprüche 2–7, dessen Führungselement (7) unter einem Winkel (α) zwischen 20° und 27° von der Zentralachse (A) weg divergiert.
Mantel nach Anspruch 7, bei dem der Winkel (α) 23° beträgt.
Mantel nach einem der vorgehenden Ansprüche, der um die Zentralachse (A) symmetrisch ist.
Mantel nach einem der vorgehenden Ansprüche, der im wesentlichen kreiszylindrisch ist.
Mantel nach einem der Ansprüche 3 bis 11, bei dem der Übergangsbereich (8a) einen Kreis bildet.
Mantel nach einem der Ansprüche 1–11, dessen Anschlag (6) ringförmig umlaufend ist.
Mantel nach einem der vorgehenden Ansprüche, dessen mindestens teilweise divergierender Bereich (8a) einen Teil (6c) hat, der der Zentralachse (A) am nächsten liegt.
Mantel nach einem der vorgehenden Ansprüche, dessen Anschlag (6) mindestens teilweise einen Durchmesser hat, der kleiner ist als der Mantel-Hauptdurchmesser.
Mantel nach einem der Ansprüche 2–15, dessen Führungselement (7) mindestens teilweise einen Durchmesser hat, der kleiner ist als der Mantel-Hauptdurchmesser.
Behälter (1) zur Aufnahme eines Fluids unter Druck mit einem Mantel (2) nach einem der vorgehenden Ansprüche sowie einem Verschlusselement (3), das auf mindestens einer Seite des Mittelteils mit dem mindestens teilweise divergierenden Bereich (8a) des Endteils lösbar verbunden ist.
Behälter nach Anspruch 17, dessen Verschlusselement (3) konvex ist und eine Umfangskante aufweist, die mit dem divergierenden Teil (8a) im wesentlichen parallel zusammentrifft.
Behälter nach Anspruch 17 oder 16, dessen Verschlusselement (3) kuppelförmig ist.
Behälter nach einem der Ansprüche 17–19, dessen Verschlusselement (3) mit dem Mantel durch eine Schweißung (11) direkt auf dem Umfangsrand des Verschlusselements (3), wo dieser an der Innenseite des Mantels (2) anliegt, verbunden ist.
Behälter nach einem der Ansprüche 17–20, dessen Mantel und/oder Verschlusselement mit mindestens einer Offnung zur Aufnahme einer Einrichtung zum Beheizen oder Kühlen eines Fluids im Behälter und/oder zum Befördern von Fluiden in den bzw. aus dem Behälter versehen ist.
Behälter nach Anspruch 21, bei dem die Einrichtung zum Beheizen eines in ihm befindlichen Fluids eine wärmetechnische Einrichtung wie bspw. ein elektrisches Tauchheizelement, einen Ölbrenner, einen Gasbrenner oder eine Rohrschlange zum Erwärmen oder Kühlen aufweist.
Behälter nach Anspruch 21 oder 22, bei dem die Einrichtung zum Erwärmen oder Kuhlen eines Fluids im Behälter eine Steuer- bzw. Regeleinrichtung wie bspw. einen Thermostat oder einen Nebenanschluss aufweist.
Verfahren zum Herstellen eines Mantels (2) nach Anspruch 1–16, bei dem man eine rechteckige Blech- oder Kunststofftafel mit im wesentlichen rechteckiger Form bereitstellt und den mindestens teilweise divergierenden Bereich (8a) mindestens eines der Endteile (5) zu dessen Sollform profiliert, indem man mindestens ein Profilierwerkzeug auf der Innenseite des Mantels (2) und mindestens ein Profilierwerkzeug auf der Außenseite des Mantels ansetzt, wobei mindestens eines der Profilierwerkzeuge in Drehung versetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 24, bei dem man eine rechteckige Blech- oder Kunststofftafel zu einer im wesentlichen kreiszylindrischen Gestalt mit einem Längsschlitz biegt, den man verschweißt, wobei das Biegen und Schweißen dem Ausbilden des im wesentlichen divergierenden Bereichs (8a) vorhergehen.
Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, bei dem man die Mantelwandung stanzt, um die mindestens eine Öffnung (10) zum Anbringen von Einrichtungen zum Erwärmen oder Kühlen eines Fluids und/oder zum Fördern von Fluiden herzustellen.
Verfahren zum Herstellen eines Behälters nach Anspruch 17–23, bei dem man das Verschlusselement (3) auf den mindestens teilweise divergierenden Bereich (8a) auflegt und ersteres mit letzterem verbindet.
Verfahren nach Anspruch 27, bei dem das Verbinden erfolgt, indem man die dem Endteil (5a) zugewandte Seite des Verschlusselements schweißt.
Verfahren nach Anspruch 27 oder 28, bei dem man eine Einrichtung zum Erwärmen oder Kühlen eines im Behälter befindlichen Fluids und/oder zum Befördern von Fluiden in den oder aus dem Behälter anbringt.