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Hintergrund der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft einen Behälter eines Heißwasseraufbereiters
mit einem ein Temperierelement umfassenden Einsatz, wobei der Einsatz
durch zwischen Einsatz und Behälter wirkende Formschlussmittel
am Behälter festgelegt ist, sowie ein Verfahren zur Montage
des Einsatzes am Behälter.
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Stand der Technik
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Ein
Behälter der eingangs genannten Art in Form eines Heißwassertanks
mit einem den Tankinhalt erwärmenden Temperierelement ist
aus der Patentschrift
DE
37 25 219 C3 bekannt. Der Tank ist stirnseitig mit einer Öffnung
versehen, durch welche die wärmeabgebenden Teile des Temperierelements in
den Tank eingeführt werden. Die Öffnung ist von
einem sich ringförmig und radial nach außen erstreckenden
Flansch umgeben, der an einen in axialer Richtung von der kuppelförmigen
Stirnfläche abragenden Ringquerschnitt des Tanks angeschweißt
ist. Auf den Flansch wird unter Zwischenfugen von Dichtplatten eine
Druckplatte aufgelegt, welche die elektrischen Heizkörper
trägt. Druckplatte, Dichtplatten und Flansch sind mit kongruenten,
kreisförmig angeordneten Bohrungen versehen, durch die
von der Druckplatte her die Schäfte von Befestigungsschrauben hindurchgeführt
werden. Unterhalb des Flansches sind zwei halbkreisförmige
Druckstücke angeordnet, die mit einer entsprechenden Anzahl
von aufgeschweißten Muttern ausgestattet sind.
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Bei
der Montage des Behälters werden die mit den Heizkörpern
versehene Druckplatte und die Dichtplatten auf den Flansch aufgesetzt
und derart zueinander ausgerichtet, dass die Bohrungen einander überdecken.
Anschließend werden die mit den Schweißmuttern
versehenen Druckstücke in geeigneter Ausrichtung von unten
gehen den Flansch gehalten. Nachfolgend können die insgesamt
acht Befestigungsschrauben zur Herbeiführung des Formschlusses
durch die Bohrungen eingeführt und mit den Muttern verschraubt
werden. Durch Verspannen der Schraubverbindung wird zusätzlich
ein Kraftschluss hervorgerufen. Derartige Behälter erfüllen zwar
ihre Funktion ohne Einschränkungen, die Montage des Temperierelements
erfordert jedoch einen erheblichen Aufwand.
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Ein ähnlicher
Behälter wird in der Patentschrift
DE 35 46 709 C2 offenbart.
Dort ist der Flansch jedoch mit einem Kunststoffring versehen, der
eine Anzahl seitlich offener Taschen aufweist. In diese werden die
passenden Vierkantmuttern eingeschoben und mittels elastischer Zungen
in Position gehalten. Beim Eindrehen der Befestigungsschrauben werden
die nunmehr funktionslosen Zungen von den in die Muttern eindringenden
Schraubenschäften von den Muttern gelöst.
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In
der Patentschrift
DE
34 37 838 C2 wird ein Stahlbehälter für
einen Heißwasserspeicher beschrieben, bei welchem der Flansch
doppelwandig unter Ausbildung von Taschen ausgeführt ist,
in welche Schrauben/Muttern-Verbindungen von der Seite her eingeschoben
werden können.
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Aus
der europäischen Patentanmeldung
EP 0 288 757 A1 ist eine
Flanschverbindung für einen Boiler mit einem gleichfalls
doppelwandig gestalteten Flansch bekannt. Die untere Flanschwandung
weist eine Anzahl von Bohrungen auf, durch welche Befestigungsschrauben
eines Deckels hindurchgeführt werden. Beabstandet zu den
Bohrungen sind ferner eine entsprechende Anzahl größerer
Ausnehmungen vorgesehen, durch welche die Muttern in den Zwischenraum
zwischen den Flanschblechen eingeführt und durch tangentiales
Verschieben in Überdeckung mit den Bohrungen gebracht werden.
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Das
deutsche Gebrauchsmuster
DE
92 01 530 U1 offenbart ferner einen Speicherbehälter
mit einem eine Behälteröffnung umgebenden Ringwulst, der
zur Befestigung einer Abdeckung dient. Der Ringwulst wird von einem
aus zwei Halbringen gefügten Stützring untergriffen,
welcher den Ringwulst radial überragt und zur Aufnahme
von durch den Deckel hindurchgeführten Befestigungsschrauben
ausgebildet ist. Auch diese Ausbildungen erfordern einen relativ
großen Montageaufwand.
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Der Erfindung zugrundeliegende
Aufgabe
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße
Anordnung mit einem Behälter und einem Einsatz derart weiter
zu entwickeln, dass ohne Funktionseinbußen eine Reduzierung
des Montageaufwands bewirkt wird.
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Erfindungsgemäße
Lösung
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird hinsichtlich einer
gattungsgemäßen Anordung mit einem Behälter
und einem ein Temperierelement umfassenden Einsatz dadurch gelöst,
dass die Formschlussmittel durch Relativbewegung des Einsatzes gegenüber
dem Behälter miteinander in formschlüssigen Eingriff
bringbar sind.
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Unter
Formschluss ist dabei eine durch die Gestalt der ineinander gefügten
Formschlussmittel hervorgerufene Positionierung von Behälter
und Einsatz in zumindest einer Raumrichtung, vorzugsweise jedoch
in mehreren oder insbesondere allen Richtungen mit Ausnahme der
Fügerichtung zu verstehen, welche Bewegungen der Bauteile
zueinander nur noch im Rahmen der gewählten Toleranzen
ermöglichen.
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In
Bezug auf eine Anordung mit einem Behälter und einem Einsatz
erfolgt die Lösung der Aufgabe ferner dadurch, dass die
Formschlussmittel am Behälter oder am Einsatz angeordnete,
einen Kopf und einen Schaft aufweisende Bolzen und einen am Einsatz
oder am Behälter angeordneten Flansch mit Schlitzen umfassen,
in welche die Schäfte der zugeordneten Bolzen durch eine
Relativbewegung einfügbar sind. Derartige Verbindungen
sind bei entsprechender Dimensionierung in einer der Bolzenachse entsprechenden
Raumrichtung hochbelastbar, insbesondere also bei einem im Behälter
auftretenden Druck, welcher senkrecht zur Flanschebene wirkt.
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Hinsichtlich
des Verfahrens zur Montage eines Einsatzs an einem Behälter
wird die die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Einsatz durch
eine Relativbewegung zum Behälter mit diesem in Formschluss gebracht
wird.
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Durch
die Erfindung kann der Aufwand für die Montage derartiger
Einsätze am Behälter ohne Beeinträchtigung
der Funktion deutlich reduziert werden. Dieser Vorteilt ergibt sich
grundsätzlich nicht nur bei der Erstmontage, sondern auch
bei späteren Montagevorgängen, etwa zu Wartungs-
oder Instandsetzungszwecken.
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Bevorzugte Ausgestaltung der
Erfindung
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Vorteilhafte
Aus- oder Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander
eingesetzt werden können, sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Der
Behälter ist vorzugsweise ein Tank, besonders vorzugsweise
ein Wassertank, z. B. eines Heißwasseraufbereiters. Der
Einsatz umfasst vorzugsweise ein Temperierelement, besonders vorzugsweise
eine Heizung, um den Behälterinhalt, z. B. Wasser, zu temperieren.
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Mit
Vorteil sind die Formschlussmittel auf einem Kreisumfang angeordnet,
besonders vorzugsweise äquidistant, wobei die Relativbewegung
eine Drehung des Einsatzes gegenüber dem Behälter
ist, insbesondere um eine orthogonal zur Flanschebene ausgerichtete
Längsachse. Dieser Bewegung steht üblicherweise
beim späteren Betrieben des Behälters kein entsprechend
gerichtetes Moment entgegen, so dass zur Sicherung gegen unbeabsichtigtes Lösen
zusätzliche Kraftschlussmittel in der Regel ausreichen.
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Um
dem Flansch eine hohe mechanische Festigkeit zu verleihen, kann
vorzugsweise vorgesehen werden, dass die Köpfe der Bolzen
jeweils in eine an den Schlitz grenzende Ausnehmung einführbar
sind. Der Flansch kann hierdurch als umlaufender Ring ausgebildet
werden. Insbesondere bei der Montage eines in den Behälter
ragenden Temperierelements sind die Formschlussmittel üblicherweise die
betreffende Öffnung des Behälters umgebend angeordnet.
Grundsätzlich ist die Anwendung der Erfindung jedoch auch
bei der Montage von Einsätzen möglich, welche
nur an der Behälterwandung angebracht werden, beispielsweise
temporär angebrachte Montagehilfen sowie dauerhaft montierte
Stützfüße oder dergleichen.
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Vorzugsweise
ist der Schaft mindestens eines Bolzens mit einem einen Kraftschluss
erzeugenden Spannmittel ausgestattet, über welches der
Kopf des Bolzens gegen den Flansch spannbar ist. Hierdurch können
einerseits das Spiel zwischen den Formschlussmitteln kompensiert
und darüber hinaus ein ungewolltes Lösen der Verbindung
vermieden werden. Besonders geeignet ist hierzu ein Bolzen, dessen
Schaft mit einem Gewinde versehen ist, auf dem ein Spannmittel in
Form einer Mutter angeordnet ist. Diese Verbindung erlaubt das Erzeugen
hoher Spannkräfte und ist mit handelsüblichen
Bauteilen realisierbar. Vorzugsweise ist dabei die kopfferne Stirnfläche
des Schaftes mit einem schlitzförmigen Einschnitt versehen,
so dass durch Einstecken eines Schraubendrehers auch von der kopffernen
Seite des Bolzens her ein Gegenmoment zum Anzugsmoment der Mutter
erzeugt werden kann.
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Besonders
vorteilhaft ist eine Ausbildung, bei der der Einsatz mit einem den
Flansch überdeckenden Kragen ausgestattet ist, aus dem
die Köpfe der den Kragen durchdringenden Bolzen mit Abstand zum
Kragen in Richtung des Behälters ragend angeordnet sind.
Beim Einsetzen des Einsatzes werden Köpfe und Schäfte
der Bolzen bereits relativ zu den die Schäfte aufnehmenden
Schlitzen positioniert und können durch die nachfolgend
erzeugte Relativbewegung den Formschluss hervorrufen. Die Spannmittel,
insbesondere die Muttern, sind dabei vorzugsweise auf der behälterfernen
Seite des Kragens auf den Schäften der Bolzen angeordnet
und damit auch nach dem Einsetzen der Einsatz noch von außen
her für das nachfolgende Spannen oder ein späteres
Lösen zu Wartungs- oder Instandsetzungszwecken zugänglich.
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Die
Köpfe der Bolzen sind mit Vorteil rechteckig, insbesondere
quadratisch, ausgebildet, wobei der Flansch einen im Wesentlichen
U-förmigen, mit seinen Schenkeln zur Anlage an den Seitenflächen der
Köpfe geeigneten Querschnitt aufweist. Hierdurch können
die Köpfe zwar die zum Erzeugen des Formschlusses erforderliche
Relativbewegung gegenüber dem Flansch durchführen,
sind jedoch beim späteren Spannen gegen Verdrehen gesichert.
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Hinsichtlich
des Montageverfahrens ist wegen der im späteren Betrieb
des Behälters auftretenden Kräfte bevorzugt, dass
die Relativbewegung zwischen Einsatz und Behälter eine
Drehbewegung ist, wobei der Drehbewegung zur Vorbereitung des Formschlusses eine
Linearbewegung vorangehen kann. Diese Linearbewegung ist bevorzugt
Teil einer Bewegung, durch welche Bestandteile der Einsatz durch
eine Öffnung in den Behälter eingeführt
werden und welche daher bei der Montage ohnehin durchgeführt
werden muss.
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Zur
Kompensation und als Maßnahme gegen ungewolltes Lösen
ist ferner mit Vorteil vorgesehen, dass nach der Erzeugung des Formschlusses durch
Verspannen der Formschlussmittel ein zusätzlicher Kraftschluss
erzeugt wird, insbesondere durch Spannen eines Gewindes.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen an
einem Ausführungsbeispiel mit weiteren Einzelheiten näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1:
eine Querschnittsansicht durch einen erfindungsgemäß ausgebildeten
Heißwasseraufbereiter;
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2:
eine vergrößerte Querschnittsansicht durch den
Flanschbereich des in 1 gezeigten Heißwasserbereiters;
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3:
eine perspektivische Darstellung des Flansches;
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4:
eine perspektivische Abbildung des Einsatzes mit vormontierter Bolzen/Mutter-Anordnung;
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5:
eine perspektivische Ansicht des Behälters des Heißwasseraufbereiters
mit montiertem Einsatz;
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6:
Aufsicht (links) und seitliche Ansicht (rechts) der zur Montage
verwendeten Bolzen.
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Ausführliche Beschreibung
der Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels
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Der
in 1 in betriebsbereitem Zustand dargestellte Heißwasseraufbereiter 1 umfasst
ein Gehäuse 2 mit einer radialen Hülle 3 und
einer bodenseitigen Stirnplatte 4. Hülle 3 und
Stirnplatte 4 können beispielsweise aus Blechhalbzeugen
aneinandergesetzt oder einstückig durch Spritzgießen
von Kunststoff gefertigt werden.
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In
den Innenraum des Gehäuses 2 ist, zur Hülle 3 und
Stirnplatte 4 beabstandet, der tankförmige Behälter 5 des
Heißwasseraufbereiters 1 eingesetzt, der mit einer
Zuleitung 6 für das zu erwärmende Wasser
und mit einer Ableitung 7 für das erwärmte Wasser
versehen ist. Zuleitung 6 und Ableitung 7 münden
im Bereich seiner radialen, zylinderförmig ausgebildeten
Mantelfläche 8 in den Behälter 5 und sind
durch die Hülle 3 des Gehäuses 2 hindurchgeführt.
Die axial oben liegende Behälterwandung 9 sowie
die axial unten liegende Behälterwandung 10 sind
kuppelförmig ausgeführt, wobei die obere Behälterwandung 9 mit
einem eine Behälteröffnung umgebenden Flansch 11 zum
Einsetzen eines ein Temperierelement 13 aufweisenden Einsatzes 12 versehen ist.
Das Temperierelement 13 umfasst eine Heizung 27.
Es wird über ein nach oben aus dem Gehäuse 2 geführtes
Kabel 14 mit elektrischer Energie versorgt. Orts- und Richtungsangaben
beziehen sich auf die in den Figuren gewählte Positionierung
des Heißwasseraufbereiters.
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Im
Bereich des Flansches 11 sind nach oben auskragende, mit
Gewinde ausgestattete Bolzen 15 vorgesehen, welche den
Einsatz 12 unter Verwendung von Muttern 16 in
der nachfolgend beschriebenen Weise am Behälter 5 sichern.
Weitere elektrische Komponenten des Heißwasseraufbereiters 1, beispielsweise
die Mittel zur Temperatureinstellung und -regelung, sind aus Gründen
der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
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Der
Zwischenraum 17 zwischen Behälter 5 und
Gehäuse 2 ist mit einem Schaum 18 aus
Polyurethan gefüllt, welcher einerseits wegen seiner guten Wärmedämmeigenschaften
den Wärmeaustausch zwischen Behälter 5 und
Umgebung verringert und andererseits aufgrund seiner relativen Festigkeit
und Haftfähigkeit den Behälter 5 im Gehäuse 2 fixiert.
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Wie
aus 2 ersichtlich, ist an die obere Behälterwandung 9 der
Flansch 11 angeschweißt, auf welchem der Kragen 19 des
Temperierelements 13 aufliegt. Der Flansch 11 hat
einen näherungsweise U-förmigen, nach unten offenen
Querschnitt und bildet oben eine ebene, horizontale Anlagefläche
für den Kragen 19 aus. Kragen 19 und
Flansch 11 werden von den Bolzen 15 durchdrungen,
die mit ihren Köpfen 20 von unten am Flansch 11 anliegen
und mittels der Muttern 16 unter Zwischenfugen von Unterlegscheiben 21 den
Kragen 19 gegen den Flansch 11 spannen. Die Bolzen 15 sind
senkrecht zur Flanschebene und damit in Richtung der größten
auftretenden Kräfte ausgerichtet.
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Der
in 3 isoliert dargestellte Flansch 11 ist
als umlaufender, etwa U-förmiger Ring mit einer Basis 22 und
nach unten ragenden Schenkeln 23, 23' ausgebildet.
Auf der Basis 22 ist eine der Anordnung der Bolzen 15 entsprechende
Anzahl von parallel zum Außenumfang des Flansches verlaufenden Schlitzen 24 angeordnet,
welche zum tangentialen Einführen der Schäfte 25 der
Bolzen 15 vorgesehen sind und hinsichtlich ihrer Breite
etwa dem Schaftdurchmesser entsprechen. Die Schlitze 24 münden in
viereckige Ausnehmungen 26 auf der Basis 22 ein, deren
Weite den Abmessungen der Köpfe 20 angepasst ist.
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Wie
aus 4 ersichtlich, ist der Einsatz 12 als
vormonierte Baueinheit ausgebildet, bei welcher die Bolzen 15 mit
nach unten ragenden und zum Kragen 19 beabstandeten Köpfen 20 durch
den Kragen 19 geführt sind. Die bereits auf die
nach oben auskragenden Schäfte geschraubten Muttern 16 verhindern ein
Verlieren der Bolzen 15. Der Abstand zwischen den Köpfen 20 und
dem Kragen 19, welcher zum Hintergreifen des Flansches 11 erforderlich
ist, stellt sich nach entsprechender Positionierung der Muttern 16 schwerkraftbedingt
oder durch einen zusätzlichen Druck auf die kopffernen
Enden der Schäfte 25 ein.
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Bei
der Montage des Einsatzes 12 am Behälter 5 wird
zunächst das Temperierelements 13 durch eine lineare
Bewegung durch die in der oben Behälterwandung 9 vorgesehene Öffnung
in den Behälter 5 eingeführt, bis der
Kragen 19 am Flansch 11 anliegt. Der Kragen 19 wird
dabei gegenüber dem Flansch 11 derart positioniert,
dass die Köpfe 20 der am Einsatz 12 vormontierten
Bolzen 15 in gleichfalls linearer Bewegung in die Ausnehmungen 26 eingeführt
werden (Pfeil A). Durch nachfolgendes Drehen des Einsatzes 12 relativ
zum Behälter 5 im Uhrzeigersinn (Pfeil B) um die
Längsachse 28 des Kragens 19 herum werden
die Schäfte 25 der Bolzen 15 in die zugeordneten
Schlitze 24 des Flansches 11 eingeführt
und erzeugen dort einen Formschluss in Richtung der Längsachse 28 (also
in und entgegen der Richtung des Pfeils A) sowie in radialer Richtung (Pfeil
C). Darüber ist ein Drehen des Einsatzes 12 um jede
weitere Achse formschlüssig unterbunden oder nur noch in
sehr geringem Maße im Rahmen der gewählten Toleranzen
möglich. Ausgenommen hiervon ist nur noch das Zurückdrehen
des Einsatzes 12 gegen den Uhrzeigersinn um die Längsachse 28 herum.
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Zum
Kompensation des im Formschluss herrschenden Spiels sowie zur Vermeidung
eines ungewollten Lösens der Verbindung werden anschließend
die Muttern 16 durch Drehen gegenüber den Bolzen 15 in
Richtung des Kragens 19 gespannt, wodurch sich einerseits
dieser an die Oberseite der Basis 22 des Flansches 11 anlegt
und andererseits die Köpfe 20 der Bolzen 15 im
Bereich der Schlitze 24 gegen die Unterseite der Basis 22 gepresst
werden. Hierdurch wird ein zusätzlicher Kraftschluss hervorgerufen,
der ein Rückdrehen des Einsatzes 12 nur noch nach
vorhergehendem Lösen der Muttern 16 ermöglicht.
Das Spannen der Muttern 16 erfolgt dabei vorzugsweise unter
Verwendung eines Werkzeugs, welches alle Muttern gleichzeitig erfasst
und mit dem vorgegebenen Drehmoment anzieht. 5 zeigt
den Behälter 5 nach der Montage des Einsatzes 12.
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Die
Gestalt der in 6 dargestellten Bolzen 15 unterstützt
eine einfache und vorzugsweise maschinelle Montage des Einsatzes 12.
Die Köpfe 20 der Bolzen 15 haben eine
etwa quadratische Grundfläche, wodurch infolge Anlage an
den Schenkeln 23, 23' bereits ein vollständiges
Verdrehen der Köpfe 20 im U-förmigen
Flansch 11 verhindert wird. Rundungen 29 (Radius
R) und Fasen 30 an der schaftfernen Fläche des
Kopfes 20 erleichtern das Einführen in die Ausnehmungen 26 des
Flansches 11. Das kopfferner Ende des Schafts 25 ist
ferner mit einem in Richtung der Bolzenlängsachse vorgenommenen
Einschnitt 31 versehen, welcher zum Einsetzen eines Schraubendrehers
vorgesehen ist.
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Die
in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und den
Zeichnungen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln
als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung
der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung
sein.
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- 1
- Heißwasseraufbereiter
- 2
- Gehäuse
- 3
- Hülle
- 4
- Stirnplatte
- 5
- Behälter
- 6
- Zuleitung
- 7
- Ableitung
- 8
- Mantelfläche
- 9,
10
- Behälterwandung
(oben, unten)
- 11
- Flansch
- 12
- Einsatz
- 13
- Temperierelement
- 14
- Kabel
- 15
- Bolzen
- 16
- Mutter
- 17
- Zwischenraum
- 18
- Schaum
- 19
- Kragen
- 20
- Kopf
- 21
- Unterlegscheibe
- 22
- Basis
- 23,
23'
- Schenkel
- 24
- Schlitz
- 25
- Schaft
- 26
- Ausnehmung
- 27
- Heizung
- 28
- Längsachse
- 29
- Rundung
- 30
- Fase
- 31
- Einschnitt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 3725219
C3 [0002]
- - DE 3546709 C2 [0004]
- - DE 3437838 C2 [0005]
- - EP 0288757 A1 [0006]
- - DE 9201530 U1 [0007]