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Hintergrund der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Speichereinrichtung,
insbesondere eines Heißwasseraufbereiters, bei dem ein
Tank in ein Gehäuse eingesetzt und mittels eines in den
Zwischenraum eingebrachten Schaums unter Verwendung einer Vorrichtung
mit diesem verbunden wird. Die Erfindung betrifft ferner eine Fertigungsvorrichtung
mit Mitteln zur temporären Befestigung am Tank sowie eine
Speichereinrichtung mit einem in ein Gehäuse eingesetzten
Tank und einem im Zwischenraum zwischen Gehäuse und Tank
angeordneten Schaum, insbesondere einen Heißwasseraufbereiter.
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Stand der Technik
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Ein
gattungsgemäßes Verfahren, eine zur Durchführung
des Verfahrens vorgesehene Vorrichtung sowie eine damit gefertigte
Speichereinrichtung in Form eines Heißwasseraufbereiters
sind aus der Offenlegungsschrift
DE 35 00 240 A1 bekannt.
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Die
Speichereinrichtung weist einen länglich geformten Tank
aus einem schweißbaren Material auf, der mit einem einstückig
angeformten Deckelteil und einem bodenseitig angeschweißten,
ringförmig umlaufenden Flansch versehen ist. Der Tank ist
axial oben sowie radial mit Abstand in ein Gehäuse eingesetzt,
das seinerseits axial mit einem oberen Kunststoffdeckel und einer
Bodenkappe geschlossen ist. Die Bodenkappe ist mit einer radial
umlaufenden Biegefalte ausgestattet, welche eine Neigung des Zentrums
der Bodenkappe gegenüber ihrer Randbereiche ermöglicht.
Der Zwischenraum zwischen Tank und Gehäuse ist mit einem
isolierenden Schaum ausgefüllt, der den Wärmeübergang
vom erwärmten Wasser zur Umgebung verringert.
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Bei
der gegenüber der späteren Gebrauchslage um 180° gedreht
erfolgenden Fertigung der Speichereinrichtung werden zunächst
der Kunststoffdeckel und die radiale Hülle des Gehäuses
in eine Stützform eingesetzt. Gesondert davon werden die Bodenkappe
sowie eine scheibenartige Vorrichtung auf den nach innen ragenden
Kragen des Flansches des Tanks aufgelegt und mit diesem verschraubt.
Die Vorrichtung weist im Bereich der Verschraubung einen kalottenförmigen
Einsatz auf, der in seiner Winkellage gegenüber dem Grundkörper
der Vorrichtung verstellbar ist.
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Nachfolgend
wird der Tank in die Hülle des Gehäuses eingeführt,
bis die scheibenförmige Vorrichtung auf dem oberen Rand
der Stützform aufliegt und durch Zentrierzapfen in ihrer
Lage gegenüber dieser festgelegt ist. Dabei gerät
die Bodenkappe in Anlage an die radiale Hülle des Gehäuses.
Durch Verstellen des kalottenförmigen Einsatzes kann der Tank
zum Ausgleich fertigungsbedingter Toleranzen in seiner Position
relativ zum Gehäuse so verändert werden, dass
er über seinen gesamten Umfang einen gleichbleibenden Abstand
zu dessen Hülle aufweist. Die Biegefalte in der Bodenkappe
nimmt diese Verformungen dabei elastisch auf. Anschließend
wird der Raum zwischen Tank und Gehäuse ausgeschäumt.
An diesem Vorgehen kann nachteilig sein, dass der Wärmeübergang
im Bereich der unmittelbar am Tank anliegenden Bodenkappe relativ
hoch ist und deshalb ein höherer Energieaufwand zur Aufrechterhaltung
der Temperatur im Tank erforderlich wird.
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In
der Patentschrift
US 6,029,615 wird
ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines Heißwasseraufbereiters
offenbart, bei dem eine dünnwandige Hülle aus
einem flexiblen Kunststoff in den Zwischenraum zwischen Tank und
Gehäuse der Speichereinrichtung eingeführt und
nachfolgend mit einem Polyurethanschaum gefüllt wird. Diese
Ausführung kann den Nachteil haben, dass der Schaum nicht
unmittelbar an den einander zugewandten Wandungen von Gehäuse
und Tank anliegt und damit keine stoffschlüssige Verbindung
zwischen diesen erfolgt.
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Die
europäische Patentschrift
EP 0 497 446 B1 beschriebt einen Heißwasseraufbereiter,
dessen Tank bodenseitig auf eine aus einem starren, isolierenden
Werkstoff bestehende Unterlage aufgesetzt wird, welche ihrerseits
auf der Bodenkappe des Gehäuses aufliegt. In den nach dem
Anfügen der radialen Gehäusehülle gegenüber
dem Tank entstehende Ringspalt wird nachfolgend eine schäumfähige
Masse eingebrachte, welche den Ringspalt nach dem Aufschäumen
isolierend füllt. Auch bei derartigen Speichereinrichtungen
kann die Isolierung verbesserungswürdig sein, insbesondere
weil der relativ druckfeste Werkstoff der Unterlage nicht die Isolationsfähigkeit
des in den Ringspalt eingebrachten Schaums aufweist und die Wärmeverluste
im Bodenbereich somit vergleichsweise groß sind.
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Aus
der japanischen Patentanmeldung
JP 58203337 A ist schließlich ein
Verfahren zur Herstellung eines Heißwasseraufbereiters
bekannt, bei dem der Tank in das auf dem Kopf stehende Gehäuse
eingeschoben wird, bis er an dessen kopfseitiger Stirnplatte anliegt.
Nachfolgend wird bodenseitig ein mit Bohrungen versehener, ringförmiger
Abstandshalter in den radialen Ringspalt zwischen Gehäuse
und Tank eingefügt, über welchen nachfolgend eine schäumfähige
Masse im Ringspalt verteilt wird. Nach dem Aufschäumen
sind Tank und Gehäuse durch den Schaum zu einer integralen
Einheit verbunden, wobei der Abstandshalter im Heißwasseraufbereiter verbleibt.
Auch bei dieser Ausbildung können örtlich, hier
im Kopf- und Bodenbereich der Speichereinrichtung, erhöhte
Wärmeverluste auftreten.
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Der Erfindung zugrundeliegende
Aufgabe
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes
Verfahren, eine vorbekannte Vorrichtung sowie eine dem Stand der
Technik entsprechende Speichereinrichtung so weiter zu entwickeln,
dass die Wärmeverluste gegenüber dem Stand der
Technik mit einfachen Mitteln sowie geringer Fertigungsdauer reduziert
werden.
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Erfindungsgemäße
Lösung
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird hinsichtlich des eingangs
genannten Verfahrens dadurch gelöst, dass auf die Speichereinrichtung
während des Einbringen des Schaums eine Vorrichtung mit
einer dem Zwischenraum unmittelbar zugewandten Wandung aufgesetzt
wird, die nach dem Einbringen des Schaums wieder entnommen wird, also
einschließlich dieser dem Schaum zugewandten Wandung von
der Speichereinrichtung getrennt wird.
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Hinsichtlich
einer vorbekannten Vorrichtung zur Herstellung einer Speichereinrichtung,
insbesondere eines Heißwasseraufbereiters, und zur Durchführung
des oben genannten Verfahrens erfolgt die Lösung der Aufgabe
dadurch, dass die Vorrichtung eine dem Zwischenraum unmittelbar
zuwendbare Wandung aufweist. Mit Blick auf die Speichereinrichtung
wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass diese nach dem oben
genannten Verfahren und/oder unter Verwendung der zuvor genannten
Vorrichtung gefertigt und/oder die Außenfläche
des Tanks im Wesentlichen mit Schaum gleicher Wärmeleitfähigkeit
umhüllt ist.
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Hierdurch
entsteht eine Speichereinrichtung, bei der der Inhalt des Speichers
gegenüber der Umgebung besonders gut isoliert ist. Darüber
hinaus werden die Fertigung der Speichereinrichtung vereinfacht
und die Anzahl der benötigten Komponenten reduziert.
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Bevorzugte Ausgestaltung der
Erfindung
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Vorteilhafte
Aus- oder Weiterbildungen, die einzeln oder in Kombination miteinander
eingesetzt werden können, sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Mit
Vorteil erfolgt das Einbringen des Schaums durch Injizieren einer
schäumfähigen Masse, beispielsweise einer zu Polyurethan
vernetzenden Mischung aus Isozyanat und Polyol. Ein derartiger Schaum
weist besonders gute Wärmedämmeigenschaften auf
und ist darüber hinaus zur stoffschlüssigen Verbindung
zwischen Tank und Gehäuse geeignet. Grundsätzlich
ist jedoch z. B. auch vorstellbar, die isolierende Schaumschicht
durch Einblasen erhitzter Schaumpartikel aus EPP (Expandierbarem
Polypropylen) oder dergleichen zu erzeugen.
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Die
nach dem Ausschäumen wieder entnehmbare Vorrichtung ist
vorzugsweise durch Befestigungsmittel mit dem Tank verbunden, insbesondere verschraubt.
Diese Art der Verbindung kann einerseits belastbar sein. Außerdem
kann eine solche Verbindung mit relativ geringem Aufwand wieder
lösbar sein. Die Befestigung der Vorrichtung erfolgt bevorzugt
an einer Stirnfläche des Tanks, insbesondere an der oberen
Tankwandung, wodurch eine besonders symmetrische Krafteinleitung
des Gewichts des Tanks in die Vorrichtung erreichbar ist. Ferner
ist mit Vorteil vorgesehen, dass vor dem Verbinden der Vorrichtung
mit dem Tank insbesondere im Bereich seiner Stirnfläche
ein Temperierelement in den Tank eingesetzt wird, dessen Befestigungsmittel
nachfolgend auch der temporären Anbringung der Vorrichtung dienen
können.
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Die
Vorrichtung wird anschließend vorzugsweise auf den stirnseitig
umlaufenden Rand des Gehäuses derart aufgesetzt, dass der
Tank äquidistant in das Gehäuse hineinragt. Die
Vorrichtung kann dabei nicht nur den Zwischenraum zur Umgebung hin begrenzen,
sondern auch die Gewichtskräfte des Tanks bei der Vorbereitung
des Einbringens des Schaums in das Gehäuse ableiten. Alternativ
oder zusätzlich kann vorgesehen werden, dass die Vorrichtung
im Bereich des stirnseitig umlaufenden Rands des Gehäuses
in dieses eingesetzt wird, wodurch die Achse des Tanks relativ zur
Gehäuseachse ausrichtbar ist.
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Mit
besonderem Vorteil kann der von der Vorrichtung eingenommene Raum
nach dem Aushärten des Schaums und der Entnahme der Vorrichtung
zumindest teilweise durch weiteren Schaum mit im Wesentlichen gleichen
Wärmedämmeigenschaft gefüllt werden,
so dass eine rundum homogene Isolierung um den Tank erzeugt wird.
Das Füllen kann beispielsweise durch Injizieren einer weiteren
schäumfähigen Masse erfolgen, wobei eine auf den
Rand des Gehäuses aufgesetzte Stirnplatte dieses komplettiert und
gleichzeitig den zum abschließenden Ausschäumen
vorgesehenen Raum begrenzt. Alternativ kann das Füllen
mit dem weiteren Schaum durch Einfügen eines gesondert
vorgeformten Einsatzes erfolgen, der gegebenenfalls mit einer das
Gehäuse vervollständigenden Stirnplatte versehen
ist.
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Die
Vorrichtung zur Herstellung der Speichereinrichtung ist vorzugsweise
mit Mitteln zur temporären, aber unmittelbaren Verbindung
mit dem Gehäuse ausgestattet, so dass auf weitere die Speichereinrichtung
umgreifende Hilfsmittel verzichtet werden kann. Darüber
hinaus ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Vorrichtung mit Mitteln
zur Befestigung an einer Stirnfläche des Tanks, insbesondere
durch Verschrauben, versehen ist, die vorzugsweise im Bereich eines
in den Tank eingesetzten Temperierelements vorgesehen sind. Die
Mittel können beispielsweise aus einer Anzahl von Bohrungen
bestehen, durch welche aus dem Tank auskragende Gewindebolzen hindurchgeführt
und nachfolgend durch Muttern gesichert werden.
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Die
Mittel zur Verbindung der Vorrichtung mit dem Gehäuses
sind vorzugsweise am Außenumfang der bevorzugt scheibenartigen
Vorrichtung angeordnet, wobei die Mittel zur temporären
Befestigung am Tank axial gegenüber den Mitteln zur temporären Verbindung
mit dem Gehäuse in Richtung des Zentrums der Speichereinrichtung
versetzt angeordnet sind. Hierdurch kann nach der Entnahme der Vorrichtung
der zum Füllen mit weiterem Schaum und damit zur Vervollständigung
der isolierenden Umhüllung erforderliche Raum geschaffen
werden.
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Die
Vorrichtung ist ferner vorzugsweise mit Zuführ- und/oder
Entlüftungsöffnungen ausgestattet, durch welche
einerseits die schäumfähige Masse in den Zwischenraum
zwischen Tank und Gehäuse eingebracht und andererseits
die vom expandierenden Schaum verdrängt Luft entweichen
kann. Ferner können diese Öffnungen der Kühlung
des reagierenden Schaums dienen.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen an
zwei Ausführungsbeispielen mit weiteren Einzelheiten näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1:
einen Schnitt durch einen ersten erfindungsgemäß ausgebildeten
Heißwasseraufbereiter;
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2:
einen Schnitt durch das für den Heißwasseraufbereiter
nach 1 vorgesehene Gehäuse;
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3:
eine perspektivische Ansicht des Oberteils des für den
Heißwasseraufbereiter nach 1 vorgesehenen
Tanks;
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4:
einen Schnitt durch den Heißwasseraufbereiter nach 1 bis 3 während
der Fertigung;
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5:
eine Aufsicht auf die während der in 4 gezeigten
Fertigung verwendete Vorrichtung;
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6:
einen Schnitt durch einen Heißwasseraufbereiter nach einer
weiteren Ausführung der Erfindung.
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Ausführliche Beschreibung
der Erfindung anhand zweier Ausführungsbeispiele
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Die
in 1 in betriebsbereitem Zustand dargestellte Speichereinrichtung 1 in
Form eines Heißwasseraufbereiters 2 besteht, wie
auch in 2 gezeigt, aus einem Gehäuse 3 mit
einer radialen Hülle 4 und einer bodenseitigen
Stirnplatte 5. Hülle 4 und Stirnplatte 5 können
beispielsweise aus Blechhalbzeugen aneinandergesetzt oder einstückig
durch Spritzgießen von Kunststoff gefertigt werden.
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In
den Innenraum des Gehäuses 3 ist, zur Hülle 4 und
Stirnplatte 5 beabstandet, der Tank 6 des Heißwasseraufbereiters 2 eingesetzt,
welcher mit einer Zuleitung 7 für das zu erwärmende
Wasser und mit einer Ableitung 8 für das erwärmte
Wasser versehen ist. Zuleitung 7 und Ableitung 8 münden
im Bereich seiner radialen, zylinderförmig ausgebildeten Mantelfläche 9 in
den Tank 6 und sind durch die Hülle 4 des
des Gehäuses 3 hindurchgeführt. Die axial oben
liegende Tankwandung 10 sowie die axial unten liegende
Tankwandung 11 sind kuppelförmig ausgeführt,
wobei die obere Tankwandung 10 mit einem Flansch 12 zum
Einsetzen des Temperierelements 13 versehen ist, welches über
ein nach oben aus dem Gehäuse 3 geführtes
Kabel 14 mit elektrischer Energie versorgt wird. Im Bereich
des Flansches 12 sind nach oben auskragende Gewindebolzen 15 (siehe 3)
vorgesehen, welche das Temperierelement 13 über
Muttern 16 am Tank 6 sichern. Weitere elektrische
Komponenten des Heißwasseraufbereiters 2, beispielsweise
die Mittel zur Temperatureinstellung und -regelung, sind aus Gründen
der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
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Der
Zwischenraum 17 zwischen Tank 6 und Gehäuse 3 ist
mit einem Schaum 18 aus Polyurethan gefüllt, welcher
einerseits wegen seiner guten Wärmedämmeigenschaften
den Wärmeaustausch zwischen Tank 6 und Umgebung
verringert und andererseits aufgrund seiner relativen Festigkeit
und Haftfähigkeit den Tank 6 im Gehäuse 3 fixiert.
Der Tank 6 ist dabei bis auf die Bereiche des Flansches 12 sowie der
Zuleitung 7 und Ableitung 8 in Schaum 18 gleicher
Wärmeleitfähigkeit eingebettet.
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Bei
der in 4 dargestellten Fertigung des Heißwasseraufbereiters 2 wird
zunächst das Temperierelement 13 in den Tank 6 eingebracht. Über
die nach oben auskragenden Gewindebolzen 15 und die Muttern 16 wird
nun temporär eine scheibenartige Vorrichtung 19 am
Flansch 12 der oberen Tankwandung 10 befestigt.
Durch Aufsetzen des entsprechen gestalteten Außenumfangs 20 der
Vorrichtung 19 auf und Einsetzen in den oberen Rand 21 der
Hülle 4 wird die Vorrichtung 19 nachfolgend
vorübergehend mit dem Gehäuse 3 verbunden
und grenzt den Zwischenraum 17 zwischen Tank 6 und
Gehäuse 3 zur Umgebung hin ab. Zuleitung 7 und
Ableitung 8 werden dabei durch korrespondierende Ausnehmungen 22 im
Gehäuse 3 hindurchgeführt. Die Vorrichtung 19 leitet
darüber hinaus die Gewichtskräfte des Tanks 6 über
den Rand 21 in das Gehäuse 3 ab und positioniert
den Tank 3 relativ zum Gehäuse 3 in seiner
Designstellung.
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Über
die auch in 5 dargestellte Zuführöffnung 23 wird
nun eine schäumfähige Masse, beispielsweise aus
Polyol und Isozyanat, in den Zwischenraum 17 eingebracht.
Dort treibt die Masse unter Ausbildung des Schaums 18 auf,
wobei die vom Schaum 18 aus dem Zwischenraum 17 verdrängte Luft über
Entlüftungsöffnungen 24 in der Vorrichtung 19 entweicht.
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Nach
dem Aushärten des Schaums 18 ist der Tank 6 stoffschlüssig
mit dem Gehäuse 3 verbunden, so dass die Vorrichtung 19 durch
Lösen der Muttern 16 vom Tank 6 getrennt
und entnommen werden kann. Zur Erleichterung dieses Vorgangs sowie
zur Vermeidung von Schäden am Schaum 18 ist die
dem Schaum zugewandte Seite der Vorrichtung antiadhäsiv
ausgestattet, beispielsweise durch Auftragen eines geeigneten Trennmittels.
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Im
Ausführungsbeispiel sind die im Zentrum der scheibenartigen
Vorrichtung 19 angreifenden Mittel 25 zur Befestigung
der Vorrichtung 19 am Tank 6 gegenüber
den die Verbindung der Vorrichtung 19 mit dem Gehäuse 3 bildenden
Mitteln 26 axial in Richtung der Mitte der Speichereinrichtung 1 versetzt
angeordnet. Die Verbindung zwischen Vorrichtung 19 und
Tank 6 erfolgt also bei der in den Figuren gewählten
Darstellung in einer tieferen Ebene als die Verbindung zwischen
Vorrichtung 19 und Gehäuse 3. Nach der
Entnahme der Vorrichtung 19 entsteht somit oberhalb des
Tanks 6 ein Raum 27, in den bei der in 6 gezeigten
Ausbildung ein entsprechend gestalteten Schaumkörper 28 mit
einer oberen Stirnplatte 29 eingesetzt ist. Der Schaumkörper 28 besteht
aus Polyurethanschaum gleicher Dichte und Zusammensetzung und weist
damit die gleiche niedrige Wärmeleitfähigkeit
wie der Schaum 18 auf. Die Isolierung der Speichereinrichtung 1 wird
hierdurch nochmals verbessert.
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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
- Speichereinrichtung
- 2
- Heißwasseraufbereiter
- 3
- Gehäuse
- 4
- Hülle
- 5
- Stirnplatte
- 6
- Tank
- 7
- Zuleitung
- 8
- Ableitung
- 9
- Mantelfläche
- 10
- Tankwandung
(oben)
- 11
- Tankwandung
(unten)
- 12
- Flansch
- 13
- Temperierelement
- 14
- Kabel
- 15
- Gewindebolzen
- 16
- Mutter
- 17
- Zwischenraum
- 18
- Schaum
- 19
- Vorrichtung
(zur Fertigung)
- 20
- Außenumfang
- 21
- Rand
- 22
- Ausnehmung
- 23
- Zuführöffnung
- 24
- Entlüftungsöffnung
- 25
- Mittel
(zur Befestigung der Vorrichtung am Tank)
- 26
- Mittel
(zur Verbindung der Vorrichtung mit dem Gehäuse)
- 27
- Raum
- 28
- Schaumkörper
- 29
- Stirnplatte
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 3500240
A1 [0002]
- - US 6029615 [0006]
- - EP 0497446 B1 [0007]
- - JP 58203337 A [0008]