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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:
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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.
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Hot water boiler The subject of the present invention is a hot water boiler made of non-ferrous metal with a cylindrical jacket and a curved base and cover.
It is known to manufacture such hot water boilers from sheet iron; The relatively low price of the material and the ease with which it can be welded were decisive for this choice of material. The boilers must have a certain strength in order to be secured against denting due to any vacuum that may arise. Since sheet iron has a relatively low yield point and a certain corrosion allowance must always be made, such iron boilers are always thick-walled than would be theoretically necessary .
Copper would be cheaper because of its resistance to corrosion. Material used as iron for the manufacture of boilers, but the copper boilers had to be made thicker-walled than the iron boilers due to the lower yield strength of the copper sheet. The indentation pressure for an infinitely long cylinder is calculated from the following equation:
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where E is the modulus of elasticity, S is the wall thickness and r is the radius of the cylinder.
This shows that a copper boiler with the lower yield strength of the copper sheet (7 kg / mm2) and a lower modulus of elasticity (1.05 - 101 kg / cm2) can be just as vacuum-proof as an iron boiler (yield strength 19kg / mm.2, elastic modulus 2.1 - 10okg / cm2), if its wall thickness was selected correspondingly larger.
Since copper boilers of this wall thickness are very expensive, while iron boilers are always at risk of corrosion, a move was made to use high-strength Si-Mn alloys (96% gig bronze) such as Simbo and Ultradur for the boiler construction. B. Argon-Arc welding, became economically possible.
However, it has now been shown that these non-ferrous metal boilers, whose wall thickness was chosen to be relatively small due to the high strength of the material, are not vacuum-tight. Since the atmospheric air pressure can reach a maximum of 1 kg / cm2, the dent pressure of a boiler must not fall below this value.
However, if you choose the wall thickness of a non-ferrous metal boiler based on its internal pressure resistance, the dent pressure usually remains 10 or more percent below this value.
This disadvantage is eliminated according to the invention in that at least one reinforcement ring is attached to the cylindrical boiler jacket. Even a single reinforcement ring of this kind increases the dent pressure in boilers up to around 125 liters with certainty, well above the critical value of 1 kg / cm2;
In the case of larger boilers, it is advisable to provide two reinforcement rings in such a way that they divide the jacket of the boiler into three ring fields of equal width. The reinforcement ring (s) can be arranged on the inside or outside of the boiler jacket. inner reinforcement rings are expediently welded to the jacket, while outer reinforcement rings are e.g. B. are glued to the jacket by means of a plastic adhesive.
In the accompanying drawing, the boiler according to the invention is shown, for example, with inner reinforcing rings; It shows: Fig. 1 a boiler with inner reinforcing rings schematically in axial section, Fig. 2 on a larger scale a detail from Fig. 1,
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3 shows a section analogous to FIG. 2 through a boiler with an outer reinforcing ring.
1 with the cylindrical jacket of a hot water boiler made of non-ferrous metal sheet is referred to in the drawing, while 2 is the outwardly curved base and 3 is the also outwardly curved cover. In Fig. 1, H is the total height of the boiler, L is the shell height and a is the radius of the boiler.
Halfway up the boiler according to FIGS. 1 and 2, a profiled reinforcing ring 4 is welded to its inner wall. This reinforcing ring 4 has an isosceles angular profile and its free edge rests against the boiler wall.
The reinforcement ring 4 consists of the same non-ferrous metal as the boiler and also has approximately the same wall thickness. The reinforcement ring 4 is not welded to the boiler jacket 1 over its entire circumference, but only at points 5 which are at the same circumferential distances from one another, the weld points of the upper ring limb edge being offset in relation to those of the lower ring limb edge,
that each welding point of the lower edge lies in the middle between two adjacent welding points of the upper edge. The interior of the reinforcement ring 4 is vented through holes 6 in the lower ring leg, which are arranged at equal circumferential distances from one another.
In Fig. 1, as a variant with dash-dotted lines, an embodiment with two reinforcing rings 4a is shown. These rings 4a, which are arranged at a distance L / 3 from one another, so that they subdivide the boiler jacket 1 into three equal field sections, are designed in the same way as the ring 4 of the example described above and are also welded to the jacket 1 in the same way.
As calculations and tests show, the dent pressure of a boiler of the type described is considerably above the value 1. For example, B. the dent pressure of a 75-1 hot water boiler made of bronze with a wall thickness of 1.2 mm, a height H of 904 mm and a diameter of 350 mm without a reinforcement ring 0.9 kg / em- while with a reinforcement ring = 1.86 kg / cm amounts.
A 150-1 boiler made from the same non-ferrous metal sheet, whose height is H 1239 mm and whose diameter is 420 mm, has an indentation pressure of 0.51 kg / cm2 without a reinforcement ring and 1.54 kg / cm2 with two reinforcement rings. The one or
Boilers with two reinforcement rings are therefore perfectly vacuum-safe. It has been shown that one reinforcement ring is sufficient for boilers below 1501, while two or more reinforcement rings are necessary for boilers of 1501 or more.
In the variant shown in FIG. 3, a metallic reinforcing ring 7 is glued onto the outside of the cylindrical boiler jacket 1.
The end parts 7a of the open ring 7 lie next to one another and overlap one another. These overlapping ring parts 7a are expediently attached to the boiler jacket 1 by brazing, while the ring 7 itself is glued to the jacket 1 over its entire circumference. A plastic adhesive such.
B. an araldite adhesive is used, which is cured by heating. Instead of an open ring soldered to the jacket at the ends, a closed ring could also be glued to the jacket.