-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drucktank für eine Wasserheizvorrichtung aus Edelstahl. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung des Drucktanks.
-
Die Grundsätze der heute am häufigsten verwendeten Technologie zur Herstellung von Drucktanks aus Edelstahl sind in der beigefügten 1 dargestellt.
-
1 zeigt einen Drucktank aus Edelstahl, der ein Walzblech umfasst, das längsseitig in einer Schweißnaht 1 zu einem Rohr S verschweißt und an beiden Enden umgebogen ist. Zwei Kappen (P1 und P2) sind zu einem Oberteil und einem Unterteil tiefgezogen, Löcher sind für Verbindungen und umgebogene Flächen für Schweißungen zwischen dem Rohr und dem Oberteil P1 ausgestanzt. Die Einbringung einer Wicklung 28 erfolgt durch die Verbindungen in dem Oberteil P1, um anschließend das Oberteil P1 und das Unterteil P2 in Schweißnähten 2 und 3 mit dem Rohr S entlang des Umfangs zu verschweißen. In einem 200-Liter-Tank mit einem Durchmesser von 50 cm sind ungefähr 4 m Schweißnähte auf die Schweißnähte 1, 2 und 3 aufgeteilt. Da die Schweißnähte Stumpfnähte sind (siehe die Abschnitte auf der Unterseite in 1) ist große Genauigkeit und für die Bleche bei Laserschweißen eine Materialdicke von ungefähr 1,2 mm erforderlich, ohne zusätzliches Material, um Löcher in den Schweißverbindungen zu vermeiden. Ferner umfasst der Tank relativ viele Teile, und es ist viel Schweißen und viel Material erforderlich.
-
P1 und P2 können auch miteinander verschweißt sein, aber aufgrund von Einschränkungen in Bezug darauf, wie tief man sie ziehen kann, ist das Volumen des Tanks auf ungefähr 100 l begrenzt, wobei der Durchmesser des Tanks ungefähr 50 cm beträgt.
-
US 2008067179 beschreibt einen aus Kunststoff hergestellten Wassertank. Dieser umfasst zwei identische Endteile und einen möglichen Mittelabschnitt dazwischen. Da die Tankteile aus Kunststoff sind, bestehen relativ wenige Einschränkungen hinsichtlich ihrer Tiefe. Ein Kunststofftank ist jedoch nicht zum Einsatz als Wasserheizvorrichtung geeignet, wenn Temperatur und Druck relativ hoch sind. Gemäß dieser bekannten Lösung erfolgt die Verbindung der Tankteile mithilfe eines Klemmrings und von Dichtungen.
DK 200600284U3 beschreibt einen kugelförmigen Heißwassertank. Dieser ist aus zwei Hälften hergestellt. Wie die zwei Hälften verbunden sind, wird nicht beschrieben.
-
JP 2002211558 beschreibt einen Brennstofftank. Dieser ist aus zwei verschiedenen Teilen hergestellt, die miteinander verbunden sind, um einen relativ flachen Tank zu ergeben, der für Positionierung des Tanks in einem Fahrzeug geeignet ist. Die Verbindung scheint durch Verschweißen von Flanschen auf den zwei Hälften umgesetzt zu sein. Die Flansche sind nach dem Verschweißen intakt, und ein ausgeprägter Schlitz ist auf der Innenseite des Tanks ausgebildet. Da der Tank mit Brennstoff zu befüllen ist, sind Korrosionsprobleme für diesen Tank nicht so relevant wie bei einem Heißwassertank. Darüber hinaus ist die relativ flache Form für einen Drucktank nicht geeignet.
-
US 2001/0054613 beschreibt ebenfalls einen Brennstofftank. Dieser ist aus Kunststoff hergestellt. Er wird hergestellt, indem zwei Hälften mit jeweiligen Flanschen aneinander liegend angeordnet und verbunden werden. Die Flansche bleiben nach dem Verbinden intakt.
-
WO 2013/055433 beschreibt ein Verfahren zum Hinzufügen einer Aerogelbeschichtung auf der Innenseite eines Rohrs oder einer Kugel, wobei die Kugel um zwei Achsen rotiert wird, um die Beschichtung zu verteilen.
-
Ziele der Erfindung
-
Ein Ziel der Erfindung besteht darin, weniger und im Wesentlichen gleiche Teile zu verwenden. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist, einen kürzeren Schweißpfad auszubilden sowie eine Schweißverbindung, die über genügend Material zum Verschweißen der zwei Teile verfügt, um ohne den Einsatz von zusätzlichem Material zu erfolgen. Ein Ziel ist weiters, mit einer größeren Stromstärke schweißen zu können und bei größerer Schweißgeschwindigkeit arbeiten zu können, indem Laserschweißen ohne zusätzliches Material eingesetzt wird. Ein gewünschtes Ergebnis dessen ist, dass dünnere Bleche für die Tanks verwendet werden können. Dadurch kann eine Schweißverbindung erreicht werden, die eine sichere Schweißnaht ohne Durchbrennen ermöglicht, obwohl um ungefähr 20 % dünnere Bleche verwendet werden.
-
Dadurch verringert sich das Gewicht, und die Dicke der Bleche ist nur durch den erforderlichen Testdruck begrenzt, der keine permanente Verformung hervorruft. Die Schweißverbindung ist daher nicht der begrenzende Faktor. Die vorliegende Erfindung ist besonders geeignet zum gemeinsamen Einsatz mit Verbindungen, die ohne Schweißen in den Tank eingebracht werden können, wie in der gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung
NO 20140171 mit dem Titel „Rohrendstück für einen Tank aus Edelstahl, Stahl oder Kunststoff sowie Verfahren zum Befestigen des Endstücks auf dem Tank“ beschrieben ist. Mithilfe dieser beiden Erfindungen wird ein rasches Zusammenfügen der Teile innerhalb des Tanks ermöglicht, wobei gleichzeitig der Tank durch die Wärmebelastung beim Schweißen nicht geschwächt wird. Eine weitere Folge dieser Erfindung und der Erfindung in der genannten Parallelanmeldung ist, dass die Anzahl der Arbeitsschritte geringer ist und eine kürzere Zykluszeit sowie ein besserer Tank zu niedrigerem Preis erhalten wird.
-
Diese und andere Ziele der Erfindung werden mit einem Drucktank für eine Wasserheizvorrichtung erreicht, der dadurch gekennzeichnet ist, dass er zwei identische tiefgezogene Tankhälften aufweist, die in einer gemeinsamen Teilungsebene miteinander verschweißt sind, und dass der Tank eine Längsachse aufweist, die in der Teilungsebene liegt, sodass ein zylindrischer, länglicher Tank mit einem kreisförmigen Querschnitt bereitgestellt ist.
-
Da die Tankhälften geformte oder tiefgezogene Metallbleche mit einem umschließenden Flansch sind und der Flansch zum Verbinden der zwei Tankhälften durch Verschweißen der Flansche ohne zusätzliches Material verwendet wird; da der Flansch in seiner Gesamtheit während des Schweißens geschmolzen wird und eine Fläche bildet, die im Wesentlichen sowohl auf der Innenseite als auch auf der Außenseite mit der Tankwand fluchtend ist und dadurch keinen Schweißnahtspalt auf der Innenseite des Tanks entstehen lässt, wird eine gute Schweißnaht mit einer relativ geringen Wanddicke für den Tank erhalten.
-
Die Tankhälften umfassen vorzugsweise planare Abschnitte für die Verbindung von Rohrendstücken, da die planaren Abschnitte im selben Vorgang wie das Formen oder Tiefziehen ausgebildet werden. Somit ist es möglich, den Tank in weniger Schritten herzustellen. Die Rohrendstücke werden auch unter der Fläche der Tankwand teilweise geschützt liegen.
-
Das Ziel der Erfindung wird ferner durch ein Verfahren für die Herstellung eines Drucktanks erreicht, das dadurch gekennzeichnet ist, dass zwei identische Tankhälften durch Tiefziehen hergestellt werden und dass die zwei Tankhälften in einer gemeinsamen Teilungsebene miteinander verschweißt werden, wodurch die entstehende Längsachse des Tanks in der gemeinsamen Teilungsebene liegt, sodass ein zylindrischer, länglicher Tank mit einem kreisförmigen Querschnitt bereitgestellt ist, und dass die zwei Tankhälften mit jeweiligen umschließenden Flanschen ausgebildet werden. Die Flansche werden beim Verschweißen der zwei Tankhälften ohne weiteres Hinzufügen von Material als Schmelzmaterial für die Verbindung verwendet. Das Flanschmaterial schmilzt so zu einer Schweißnaht, die im Wesentlichen sowohl auf der Innenseite als auch auf der Außenseite mit der Tankwand fluchtend ist, und lässt somit keinen Schweißnahtschlitz auf der Innenseite des Tanks entstehen.
-
Die Flansche ragen vorzugsweise um etwa 3 mm über die Tankwand hinaus, mit einer Blechdicke von etwa 1 mm. Es wurde festgestellt, dass damit eine optimale Verschweißung erzielt wird, ohne zusätzliches Material oder überschüssiges Material zu erfordern.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Tank nach dem Schweißen geklemmt, sodass er um eine Drehachse rotieren kann, die sich senkrecht zur Teilungsebene erstreckt, sodass eine begrenzte Menge Beizflüssigkeit (Säure) in den Tank gegossen wird und der Tank zumindest eine vollständige Drehung um die Drehachse gedreht wird, sodass das Beizfluid entlang der Schweißnaht auf der Innenseite des Tanks läuft, und sodass das restliche Fluid danach aus dem Tank geleitet wird, während die Menge des Beizfluids angepasst wird, sodass sie ausreichend ist, um die Schweißnaht zu bedecken, sodass dass Aufbringen von Beizfluid außerhalb der Schweißnaht aber so weit wie möglich vermieden wird. Somit wird sichergestellt, dass das Beizfluid nur dort aufgebracht wird, wo es benötigt wird, und der Bedarf an Beizfluid auf ein Minimum reduziert wird.
-
Dadurch, dass während des Ausbildens der Tankhälften auch flache Abschnitte zur Verbindung von Rohrendstücken durch die Tankwand in der Tankwand ausgebildet werden, wird die Anzahl von Arbeitsschritten im Herstellungsverfahren reduziert.
-
Dadurch, dass die inneren Rohre im Tank, wie z. B. Wicklungen und Einlass- und Auslassrohre, vor dem Verbinden der Tankhälften in mindestens eine der zwei Tankhälften eingepasst werden, wird das Herstellungsverfahren weiter vereinfacht. Man wird auch einen besseren Zugang während des Einpassens haben. Es wird ebenso einfacher sein, innen zu prüfen, dass das Einpassen zufriedenstellend durchgeführt worden ist.
-
Mit der vorliegenden Erfindung kann das Volumen des Tanks einfach angepasst werden, indem die Längsachse verkürzt oder verlängert wird, während die Tiefe beim Tiefziehen dieselbe ist, z. B. ungefähr 250 mm. Dies ergibt einen Tank mit einem Durchmesser von 500 mm, was für das Bauen einer Wasserheizvorrichtung mit einem Außendurchmesser von 600 mm geeignet ist. Durch Variieren der Längsachse kann der Tank mit jedem Volumen zwischen 50 l und mindestens 400 l hergestellt werden.
-
Zeichnungen
-
1 zeigt, wie oben erwähnt, ein Verfahren zur Herstellung eines Tanks gemäß dem Stand der Technik.
-
2a–2f zeigen die Herstellung eines Tanks gemäß der Erfindung Schritt für Schritt:
-
2a zeigt ein Musterblech zur Herstellung einer Tankhälfte.
-
2b zeigt das Musterblech nach dem Tiefziehen einer Tankhälfte.
-
2c zeigt die Tankhälfte nach der Entfernung von überschüssigem Material auf dem Flansch.
-
2d zeigt eine Tankhälfte mit einer eingepassten Wicklung.
-
2e zeigt zwei Tankhälften unmittelbar bevor sie miteinander verbunden werden.
-
2f zeigt einen fertiggestellten Tank.
-
Die 2g–2i zeigen Schweißflansche und Schweißnähte für das Zusammenschweißen der beiden Tankhälften:
-
2g zeigt einen Abschnitt der Tankhälften unmittelbar vor ihrer Verbindung.
-
2h zeigt einen Abschnitt der Tankhälften in einer verbundenen Anordnung.
-
2i zeigt einen Abschnitt, nachdem die zwei Tankhälften miteinander verschweißt wurden.
-
3 zeigt einen zusammengesetzten Tank in einer detaillierteren Ansicht.
-
4 zeigt einen möglichen Rahmen zum Rotieren des Tanks während des internen Beizens der Schweißnaht.
-
2a–f zeigen schematisch eine gedachte Produktionskette, wobei 2a ein Blech 12, oder möglicherweise eine Blechrolle, die in eine große Tiefziehpresse (nicht gezeigt) mit einem Formwerkzeug (nicht gezeigt), das der gewünschten Form entspricht, geleitet werden soll. In 2b ist das Blech in eine gewünschte Form gezogen, um eine Tankhälfte 14 auszubilden. Das Tiefziehen kann zum Beispiel einen halben Tankteil erzeugen, der einem Tank mit einem Durchmesser von 500 mm entspricht, aber die Länge kann variabel sein, um das gewünschte Volumen zu ergeben. In der Form sind auch Blechaussparungen 30, 32, 34, 36, 38 eingelassen, zum Beispiel für die Verbindungen. Das notwendige Klemmen des Bleches erfolgt im Bereich 20, der in der Teilungsebene der Form liegt, und ein Blechflansch ist dadurch in der Teilungsebene rund um das Loch der Behälterhälfte 14 ausgebildet.
-
2c zeigt dieselbe Tankhälfte 14, worin beinahe der gesamte Blechflansch 20 entfernt ist, zum Beispiel indem er mithilfe eines Lasers weggebrannt wurde. Es bleibt jedoch rund um die Gesamtheit der Kante der Tankhälfte 14 ein Schweißflansch 22 mit einer Höhe von z. B. 3 mm bei einer Blechdicke von ungefähr 1 mm zurück. Dadurch sind eine angemessene Höhe des Schweißflansches 22 sowie eine optimale Materialmenge für die Schweißnaht bereitgestellt, wie noch erklärt werden wird.
-
2d zeigt dieselbe Tankhälfte 14, die nun als 14a bezeichnet ist. In den Flächenbereichen 30 und 32 sind nun Ausschnitte ausgestanzt, mit einem einwärts umgebogenen zylindrischen Flansch mit einer Tiefe von z. B. 6 mm. Anschließend wird eine Wicklung 28 mit zwei Endstücken 40, die in den Flächenbereichen 30 und 32 auf die Flansche geschweißt und damit fest verschraubt werden, eingebracht. Endstücke sind erforderlichenfalls in den anderen Flächenbereichen 34, 36, 38 auf dieselbe Weise eingebracht. Bevorzugter Weise werden Rohrendstücke und das Verfahren verwendet, die weiter oben in Zusammenhang mit der Parallelanmeldung beschrieben wurden.
-
2e zeigt eine zweite Tankhälfte, die als 14b bezeichnet ist. Diese wurde wie die erste Hälfte 14a in einem entsprechenden Prozess tiefgezogen. Die erste und die zweite Hälfte 14a und 14b sind identisch. Dadurch ist die Anzahl an verschiedenen Teilen verringert. In der zweiten Hälfte 14b sind ebenfalls Löcher zum Befestigen der Verbindungen von Endstücken in den flachen Abschnitten 30, 32, 34, 36, 38 ausgestanzt, wo auch immer sie vonnöten sind. Das Einlass- und das Auslassrohr (nicht gezeigt) sind über Öffnungen in der Oberseite in den Tank eingepasst, entsprechend der Einpassung der Wicklung 28.
-
2e zeigt, dass die zweite Hälfte 14b über der erste Hälfte 14a angeordnet ist, um in den Schweißflanschen 22a, 22b zusammengeschweißt zu werden (siehe 2g). Anschließend werden die zwei Hälften in der Verbindung 24 zu einem vollständigen Tank mit einem kreisförmigen Querschnitt, wie in 2f gezeigt, miteinander verschweißt. Der Tank ist nun auch in Bezug auf den Inhalt vollständig, z. B. mit einer Wicklung, Einlass- und Auslassrohren und Rohrendstücken.
-
Das Verschweißen selbst ist in 2g–i gezeigt. In 2g sind die zwei Hälften unmittelbar davor, aneinandergelegt zu werden. In 2h sind die Hälften aneinandergelegt und die Flansche 22a und 22b werden mithilfe geeigneter Mittel fest zusammengehalten. In 2i sind die Flansche 22a und 22b durch Schweißen ohne zusätzliches Material, z. B. durch Wolframinertschweißen, zu einer Schweißnaht 24 miteinander verschweißt. Es können natürlich auch andere Schweißverfahren ohne zusätzliche Materialien verwendet werden. Bei einer relativ geringen Materialdicke des Blechmaterials können die Flansche 22a und 22b mit einer Höhe von ungefähr 3 mm immer noch eine ausreichende Materialmenge bereitstellen, um zu einer angemessenen Schweißnaht geschmolzen zu werden. Durch Anpassen der verfügbaren Materialmenge für die Schweißnaht kann eine vollständige Schweißnaht sowohl auf der Innenseite als auch auf der Außenseite des Tanks erhalten werden, z. B. ohne jegliche Schweißnahtrisse, wobei jedoch die Schweißnaht im Wesentlichen mit der Tankwand ausgefluchtet ist. Es gibt daher keine Risse, die zu Korrosion bei befülltem Tank führen könnten.
-
3 zeigt den zusammengeschweißten Tank auf detailliertere Weise. Er besteht aus zwei identischen Behälterhälften 14a und 14b, die mit einer gemeinsamen Teilungsebene 7 miteinander verschweißt sind. Die Teilungsebene fällt mit einer Längsachse 26 zusammen, um einen länglichen Tank bereitzustellen. Auf ähnliche Wiese gezeigt sind erforderliche Aussparungen 30, 32, 34, 36, 38 im Tank, um im Tank Verbindungselemente bereitzustellen, und eine Schweißverbindung 24, die durch die Flansche 22a und 22b ausgebildet ist.
-
4 zeigt einen Tank gemäß der Erfindung, hergestellt aus zwei Hälften 12a und 12b. Nach dem Schweißen wird der Tank in einen Rahmen 44 um eine Drehachse 4c herum geklemmt. Zum Beizen der Schweißnaht 24 innerhalb des Tanks wird ungefähr 1 l Beizfluid durch ein Rohrendstück 40 hineingegossen. Das Beizfluid läuft zum Mittelpunkt der Unterseite hinab. Wenn der Tank um die Drehachse 4c rotiert wird, läuft die Flüssigkeit entlang der Schweißnaht 24, die immer auf der Unterseite des Tanks liegt. Somit bedeckt die Flüssigkeit die gesamte innere Schweißnaht. Die Flüssigkeit läuft nicht zu anderen Teilen des Tanks, sondern wird nur dort eingesetzt, wo sie erforderlich ist. Nach einer 360-Grad-Umdrehung läuft die Beizflüssigkeit durch dasselbe Rohrendstück 40 heraus, und Reste der Beizflüssigkeit werden durch Testdruck mit Wasser entfernt.
-
Mit der vorliegenden Erfindung weist der Tank um 1/3 weniger Teile auf und die Schweißstrecke ist um ungefähr 30 % bis 60 % geringer. Die verbrauchte Materialmenge kann um ungefähr 20 % reduziert werden, besonders hinsichtlich der Möglichkeit, die Blechdicke zu reduzieren. Es ist ferner leichter, Rohrendstücke, Wicklungen usw. einzubringen, da dies durchgeführt werden kann, bevor die Hälften miteinander verschweißt werden. Rohrendstücke und eine Wicklung werden durch Einschrauben anstatt durch Schweißen eingepasst. Es wird eine zu 100 % sicherere Beizung der inneren Schweißnaht erhalten, ohne weitere Teile des Tanks mit der Beizflüssigkeit zu bedecken. Mithilfe der Schweißflansche erhält man eine sehr sichere und starke Schweißnaht, obwohl dünnes Material verwendet wird.
