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Heisswasser-Boiler Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Heisswasser-Boiler aus Buntmetall mit zylindrischem Mantel und mit gewölbtem Boden und Deckel.
Es ist bekannt, solche Heisswasser-Boiler aus Eisenblech herzustellen; für diese Materialwahl sind vor allem der relativ kleine Materialpreis und die leichte Schweissbarkeit ausschlaggebend gewesen. Die Boiler müssen eine bestimmte Festigkeit aufweisen, um gegen Einbeulen durch eventuell entstehendes Vakuum gesichert zu sein.. Da Eisenblech eine relativ niedere Streckgrenze besitzt und da stets ein gewisser Abrostungszuschlag gemacht werden muss, sind solche Eisenboiler stets dickwandiger gebaut worden als dies rein theoretisch notwendig wäre.
Kupfer wäre zufolge seiner Korrosionsfestigkeit ein günstigeres. Material als Eisen für die Boilerherstellung, doch mussten die Kupferboiler zufolge der niederen Streck- grenze des Kupferbleches bisher noch dickwandiger ausgeführt werden als die Eisenboiler. Der Einbeul- druck für einen unendlich langen Zylinder rechnet sich aus folgender Gleichung:
EMI1.29
worin E den Elastizitätsmodul, S die Wanddicke und r den Radius des Zylinders bedeutet.
Daraus ersieht man, dass auch ein Kupferboiler mit der niedrigeren Streckgrenze des Kupferbleches (7 kg/mm2) und geringerem Elastizitätsmodul (1.05 - 101 kg/cm2) ebenso vakuumsicher sein kann wie ein Eisenboiler (Streck- grenze 19kg/mm.2, Elastizitätsmodul 2.1 - 10okg/cm2), wenn seine Wandstärke entsprechend grösser gewählt wurde.
Da Kupferboiler dieser Wandstärke sehr teuer sind, während Eisenboiler stets korrosionsgefährdet sind, ging man dazu über, für den Boilerbau hochfeste Si-Mn- Legierungen (96 % Gig Bronze) wie Simbo und Ultradur zu verwenden, was nach Entwicklung neuer Schweissverfahren, z. B. des Ar- gon-Arc-Schweissens, wirtschaftlich möglich wurde.
Es zeigte sich nun aber, dass diese Buntmetallboiler, deren Wandstärke zufolge der Hochfestigkeit des Materials relativ klein gewählt wurde, nicht vakuumfest sind. Da der atmosphärische Luftdruck im Maximum 1 kg/cm2 erreichen kann, darf der Einbeuldruck eines Boilers diesen Wert nicht unterschreiten.
Wählt man aber die Wandstärke eines Buntmetall Boilers nur nach seiner Innendruckfestigkeit, so bleibt der Einbeuldruck meist um 10 oder mehr Prozent unter diesem Wert.
Dieser Nachteil wird erfindungsgemäss dadurch behoben, dass am zylindrischen Boilermantel wenigstens ein Verstärkungsring angebracht ist. Schon ein einziger solcher Verstärkungsring erhöht bei Boilern bis etwa 125 Liter den Einbeuldruck mit Sicherheit erheblich über den kritischen Wert von 1 kg/cm2;
bei grösseren Boilern werden zweckmässig zwei Verstärkungsringe so vorgesehen, dass sie den Mantel des Boilers in drei gleich breite Ringfelder unterteilen. Der oder die Verstärkungsringe können innen oder aussen am Boilermantel angeordnet sein.; innere Verstärkungsringe werden zweckmässig am Mantel an- geschweisst, während äussere Verstärkungsringe z. B. mittels eines Kunststoffklebers am Mantel festgeklebt sind.
In der beiliegenden Zeichnung ist der erfindungs- gemässe Boiler mit inneren Verstärkungsringen beispielsweise dargestellt; es zeigt: Fig. 1 einen Boiler mit inneren Verstärkungsringen schematisch im Axialschnitt, Fig. 2 im grösseren Massstab eine Einzelheit aus Fig. 1,
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Fig. 3 einen Schnitt analog Fig. 2 durch einen Boiler mit äusserem Verstärkungsring.
Mit 1 ist in der Zeichnung der zylindrische Mantel eines Heisswasser-Boilers aus Buntmetallblech bezeichnet, während 2 der nach aussen gewölbte Boden und 3 der ebenfalls nach aussen gewölbte Deckel ist. Mit H ist in. Fig. 1 die Gesamthöhe des Boilers, mit L die Mantelhöhe und mit a der Radius des Boilers bezeichnet.
In halber Höhe des Boilers nach den Fig. 1 und 2 ist an dessen Innenwand ein profilierter Verstärkungsring 4 angeschweisst. Dieser Verstärkungsring 4 besitzt ein gleichschenkliges Win- kelprofil und liegt mit seinen freien Schenkelrändern an der Boilerwand an.
Der Verstärkungsring 4 besteht aus dem gleichen Buntmetall wie der Boiler und besitzt auch etwa die gleiche Wandstärke. Der Verstärkungsring 4 ist nicht über seinen ganzen Umfang, sondern nur an in gleichen Umfangsabständen voneinander liegenden Stellen 5 mit dem Boilermantel 1 verschweisst, wobei die Schweissstellen des oberen Ringschenkelrandes gegenüber jenen des unteren Ringschenkelrandes so versetzt sind,
dass jede Schweissstelle des unteren Randes in der Mitte zwischen zwei benachbarten Schweissstellen des oberen Randes liegt. Der Innenraum des Verstärkungsringes 4 ist durch in gleichen Umfangsabständen voneinander angeordnete Löcher 6 im unteren Ringschenkel entlüftet.
In Fig. 1 ist als Variante mit strichpunktierten Linien auch eine Ausführung mit zwei Verstärkungsringen 4a dargestellt. Diese Ringe 4a, welche im Abstand L/3 voneinander angeordnet sind, so dass sie den Boilermantel 1 in drei gleiche Feldabschnitte unterteilen, sind gleich ausgebildet, wie der Ring 4 des vorangehend beschriebenen Beispiels und auch in gleicher Weise am Mantel 1 angeschweisst.
Wie Rechnung und Versuche zeigen, liegt der Einbeuldruck eines Boilers der beschriebenen Art erheblich über dem Wert 1. So beträgt z. B. der Einbeuldruck eines 75-1-Heisswasser-Boilers aus Bronze bei einer Wandstärke von 1.2 mm, einer Höhe H von 904 mm und einem Durchmesser von 350 mm ohne Verstärkungsring 0.9 kg/em- während er mit einem Verstärkungsring 1.86 kg/crn= beträgt.
Ein aus gleichem Buntmetallblech hergestellter 150-1-Boiler, dessen Höhe H 1239 mm und dessen Durchmesser 420 mm beträgt, besitzt ohne Verstärkungsring einen Einbeuldruck von 0.51 kg/cm= und mit zwei Ver- stärkungsringen von 1.54 kg/cm2. Die einen bzw.
zwei Verstärkungsringe aufweisenden Boiler sind somit einwandfrei vakuumsicher. Es hat sich gezeigt, dass für Boiler unter 1501 ein Verstärkungsring genügt, während für Boiler von 1501 oder mehr zwei oder mehr Verstärkungsringe notwendig sind.
Bei der in Fig. 3 gezeigten Variante ist auf die Aussenseite des zylindrischen Boilermantels 1 ein metallischer Verstärkungsring 7 aufgeklebt.
Die End- teile 7a des offenen Ringes 7 liegen nebeneinander und überlappen sich gegenseitig. Diese sich überlappenden Ringteile 7a sind zweckmässig durch Hart- lötung am Boilermantel 1 befestigt, während der Ring 7 selbst über seinen ganzen Umfang am Mantel 1 festgeklebt ist. Zweckmässig wird ein Kunststoffkleber, z.
B. ein Araldit -Kleber verwendet, der durch Erhitzen ausgehärtet wird. Anstelle eines offe- nen, an den Enden mit dem Mantel, verlöteten Ringes könnte auch ein geschlossener Ring auf den Mantel geklebt sein.