DE4445365A1 - Verfahren zur Herstellung eines zylindrischen Behälters, insbesondere eines Faßes, aus Metallblech - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines zylindrischen Behälters, insbesondere eines Fasses, aus Metallblech, bei dem ein zylindrischer Rumpf geformt, zwei kreisförmige Boden gebildet werden, deren Durchmesser jeweils geringfügig größer ist als der Innendurchmesser des Rumpfes, jeder Boden in ein Ende des Rumpfes einge­ setzt und dann der Boden mit dem Rumpf durch Energiestrahl­ schweißen, insbeondere Laserstrahlschweißen, verbunden wird. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei einem solchen bekannten Verfahren zur Herstellung eines Fasses (DE 38 13 433 A1) werden die Böden als Ronden ausgestanzt und anschließend durch einen Tiefzieh- oder Preßvorgang zu einem flachen, aus Bodenfläche, zylindrischem Mantel und einem daran anschließenden, radial nach außen gerichteten Bord oder Flansch beste­ henden Topf verformt.

Der Außendurchmesser des Mantels soll dem Innendurch­ messer des Rumpfes entsprechen. Um einen innigen mecha­ nischen Kontakt im Bereich der Schweißnaht zu erreichen, weist entweder der Mantel einen etwas radial nach außen vorstehenden Ringwulst oder der Rumpf einen radial nach innen vorstehenden Ringwulst auf. Der topfförmige Boden wird so weit in den Rumpf eingeschoben, bis sein Bord am Ende des Rumpfes aufliegt. Durch den Ringwulst wird eine das Laserschweißen begünstigende Flächenpressung erzielt. Das Schweißen erfolgt mittels eines radial von außen auf den Rumpf gerichteten Laserstrahls so, daß die Schweißnaht etwa im Scheitel des Ringwulstes ver­ läuft. Dieses Verfahren ist in mehrfacher Hinsicht nach­ teilig. Die Herstellung des tiefgezogenen oder geprägten topfförmigen Bodens ist nicht nur teuer, sondern sie er­ fordert auch wegen des Mantels und des Bordes verhältnis­ mäßig viel Blechmaterial. Da bei der Faßherstellung der Materialpreis etwa 70% der Kosten ausmacht, ist der Materialverbrauch ein wichtiger Kostenfaktor bei der Produktion. Vor allem kann aber mit dem bekannten Ver­ fahren kein totraumfreies, restlos entleerbares Faß her­ gestellt werden. Selbst wenn der Wulst in der Nähe der Bodenfläche des Bodens angeordnet ist, was beim Ein­ schieben des Bodens in den Rumpf aber zu Schwierigkeiten führen kann, wird zwischen dem Ringwulst und der angren­ zenden Innenfläche des Rumpfes, falls sich der Ringwulst am Mantel des Bodens befindet, immer ein sich über den ganzen Bodenumfang erstreckender Ringspalt gebildet. Ähnliches trifft auch zu, wenn der Ringwulst am Rumpf ausgebildet ist. Dieser Ringspalt verjüngt sich bis zur Schweißnaht, die etwa am Scheitel des Wulstes verlaufen soll, immer mehr. Der Ringspalt bildet einen Totraum, der keine vollständige Entleerung des Fasses möglich macht. In dem Totraum des Ringspaltes können sich nämlich Rück­ stände des Füllgutes festsetzen, die ohne aufwendige Reinigungsmaßnahmen nicht restlos entfernt werden können. Solche Rückstände können ein anderes, danach in das Faß gebrachtes Füllgut verunreinigen oder sogar mit diesem reagieren. Nur ein absolut totraumfreies Faß kann mit einem vertretbaren Aufwand gereinigt und nacheinander für die verschiedensten Füllgüter verwendet und univer­ sell eingesetzt werden.

Ferner ist ein Verfahren zur Herstellung eines Behälters aus dünnerem Feinblech und/oder Feinstblech bekannt (DE 36 00 532 A1). Bei einer Variante dieses Verfahrens wird der Rumpf in der Nähe seiner beiden Enden mit je einer nach innen vorspringenden, umlaufenden Sicke ver­ sehen, die beim späteren Schweißen als Auflage für den Boden dient. Die Böden sind als ebene Ronden ausgebil­ det und werden von den Enden her in den Rumpf eingescho­ ben, bis sie jeweils auf der ihnen zugeordneten Sicke aufliegen. Der Rand des Bodens soll stumpf an der Innen­ seite des Rumpfes anliegen. Eine solche Anlage erfordert jedoch sehr enge Toleranzen und läßt sich eventuell nur bei kleineren Behältern, wie Konservendosen, kleinen Kanistern oder dgl. erreichen. Bei größeren Behältern, wie Fässern, ergeben sich jedoch erheblich größere Her­ stellungstoleranzen, weshalb der Durchmesser des Bodens kleiner als der Innendurchmesser des Rumpfes sein müßte. Bei einem Übermaß der Ronde würde sich diese beim Ein­ drücken in den Rumpf unkontrolliert verformen und beulen, was zu Schwierigkeiten beim anschließenden Laserschweißen oder auch zu einem unansehnlichen Faß führt. Der beim Ausstanzen der Ronde entstehende Grat am Rand derselben, würde zu weiteren Schwierigkeiten beim Einsetzen der Ronde in den Rumpf führen, wenn der Durchmesser der Ronde größer wäre als der Innendurchmesser des Rumpfes. Macht man hingegen den Durchmesser der Ronde unter Be­ rücksichtigung entsprechender Toleranzen kleiner als den Durchmesser des Rumpfes, dann kann zwischen dem Bodenrand und dem Rumpf ein mehr oder weniger großer Spalt entstehen, der ebenfalls zu Schwierigkeiten und Unregelmäßigkeiten beim Laserstrahlschweißen führen kann. Beim Stumpfstoß-Laserstrahlschweißen muß nämlich der Spalt zwischen den Fügepartnern kleiner als ein Zehntel der Blechdicke sein. Außerdem erfordert die Einformung der beiden umlaufenden Sicken am Rumpf zu­ sätzliche Verformungsvorgänge. Sicken erschweren auch das Längsschweißen des Rumpfes. Ähnlich, wie bei dem ein­ gangs beschriebenen Verfahren ist zwischen jeder Sicke und dem aufliegenden Boden ein sich verjüngender Ring­ spalt vorhanden, der einen Totraum bildet.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines zylindrischen Behälters, insbesondere eines Fasses, aus Metallblech der eingangs genannten Art aufzuzeigen, welches die kostengünstige Herstellung von stabilen, totraumfreien, restlos ent­ leerbaren und damit leicht zu reinigenden Behältern, insbesondere von Fässern, ermöglicht.

Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß Böden in Form von im wesentlichen ebenen Ronden verwendet wer­ den, daß jeder Boden vor dem Einsetzen in den Rumpf durch Kraft- oder Wärmeeinwirkung zu einer linsenförmi­ gen Gestalt ausgewölbt wird, um hierdurch seinen Durch­ messer (d1) auf einen Einsetzdurchmesser (d2) zu ver­ ringern, der kleiner ist als der Innendurchmesser (d) des Rumpfes, daß dann der elastisch ausgewölbte Boden in den Rumpf eingesetzt und danach die Kraft- oder Wärme­ einwirkung aufgehoben wird, damit sich der Boden infolge seiner Elastizität unter stumpfer Anlage seines Randes an der Innenfläche des Rumpfes in diesem verspreizt, und daß anschließend das Laserstrahlschweißen mit sol­ cher Energie und Richtung des Laserstrahls von der Boden­ außenseite oder der Rumpfaußenseite her durchgeführt wird, daß sich die Schweißnahtwurzel bis zur Behälter­ innenseite erstreckt und an der Behälterinnenseite die Innenflächen von Boden und Rumpf spaltfrei miteinander verbindet.

Durch die Verwendung ebener Böden können diese in ein­ facher Weise aus Blech ausgestanzt oder mittels eines Laserstrahls ausgeschnitten werden. Gegenüber dem ein­ gangs beschriebenen Verfahren entfällt damit das Tief­ ziehen oder Pressen. Außerdem wird eine erhebliche Materialersparnis erreicht, da die Ronde nur etwa den Rumpfdurchmesser aufweisen muß und das Material für Mantel und Bord bzw. Flansch entfällt. Auch kann der Rumpf eine glatte Mantelfläche aufweisen und muß je­ denfalls zum Schweißen nicht mit umlaufenden Sicken versehen sein, was die Kosten für die Herstellung des Rumpfes senkt. Aufgrund der Materialersparnis und des Wegfalles vorgenannter Verformungsmaßnahmen ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren gegenüber konventionel­ len Fertigungstechniken eine erheblich wirtschaftlichere Herstellung von Behältern, insbesondere Fässern. Aufgrund der Verspreizung oder Vorspannung des Bodens im Rumpf wird der Bodenrand am ganzen Umfang stumpf an die Innen­ fläche des Rumpfes angepreßt, wobei eventuell nur im Bereich der Längs-Schweißnaht des Rumpfes Probleme auf­ treten können, die jedoch leicht zu beheben sind. Wegen der Verspannung des Bodens im Rumpf ist vor dem Schweißen zwischen Bodenrand und Rumpfinnenfläche kein oder nur ein geringer Spalt von weniger als ein Zehntel der Blech­ dicke vorhanden, was für die erfolgreiche Laser-Schweiß­ verbindung von entscheidender Bedeutung ist. Über die exakt dosierbare Laserleistung wird so viel Wärmeener­ gie eingebracht, daß das Material von Boden und Rumpf nicht nur im Bereich ihrer äußeren Flächen sondern durch die ganze Blechdicke hindurch bis zu den Innenflächen von Boden und Rumpf hin aufgeschmolzen wird und sich die Schweißnahtwurzel bis zur Behälterinnenseite er­ streckt. Hierdurch wird ein glatter, spaltfreier Über­ gang der Innenflächen von Boden und Rumpf geschaffen, was die gewünschte Totraumfreiheit und Restentleerbar­ keit gewährleistet. Die Behälter oder die Fässer können daher mit verhältnismäßig geringem Aufwand gereinigt und problemlos nacheinander für die verschiedensten Füllgüter verwendet werden. Die Fässer brauchen also nicht wie bisher leer an den Erstabfüller zurücktrans­ portiert zu werden, sondern sie können nach entsprechen­ der Reinigung von einem anderen Abfüller mit unterschied­ lichem Füllgut gefüllt und an einen neuen Abnehmer ver­ schickt werden. Dies entspricht dem Prinzip der sogenann­ ten Euro-Paletten, die auch nacheinander von verschiede­ nen Lieferanten benutzt und mit unterschiedlichsten Gütern beladen werden. Ferner wird durch die intensive Verschweißung mittels Laserstrahl nicht nur die Dicht­ heit des Fasses gewährleistet, sondern das Faß ist auch mechanisch sehr stabil. Bei geeigneter Überwachung des Schweißvorganges kann auch auf den bisher üblichen Drucktest nach Fertigstellung des Fasses verzichtet werden, was ebenfalls zur Kostensenkung beiträgt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Außerdem wird auch eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens angegeben.

Die Erfindung ist in folgendem, anhand von in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt des einen Endes eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Fasses mit zwei in vergrößertem Maßstab gezeichneten Varianten A und B der Laserstrahlschweißung,

Fig. 2 eine erste Vorrichtung zur Durchführung des Ver­ fahrens vor dem Auswölben des Bodens,

Fig. 3 diese Vorrichtung aufgesetzt auf den Falz des Rumpfes mit ausgewölbtem Boden,

Fig. 4 eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung vor dem Spannen und Wölben des Bodens,

Fig. 5 eine dritte Ausführungsform der Vorrichtung,

Fig. 6 einen Teilquerschnitt eines Bodens mit einge­ setztem Bohrstutzen mit Innengewinde für einen Spund,

Fig. 7 die schematische Darstellung des Laserstrahl­ schweißens mit Zusatzdraht.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient insbesondere zur Herstellung von zylindrischen Fässern aus Stahlblech. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können jedoch auch andere Behälter unter Verwendung sowohl von Stahlblech als auch anderen Metallblechen hergestellt werden.

Das Faß 1 weist einen im wesentlichen zylindrischen Rumpf 2 auf, in dessen beide Enden je ein Boden 3 eingesetzt und mit dem Rumpf totraumfrei verschweißt ist. Der Rumpf 2 besteht aus einem zylindrisch gekrümmten Rumpfblech, dessen axial verlaufende Längsränder mittels einer Längs­ schweißnaht 4 miteinander verbunden sind. Üblicherweise wird diese Längsschweißnaht 4 durch Anwendung des Rollen­ nahtschweißverfahrens hergestellt, bei dem die Längsrän­ der geringfügig überlappt werden. Hierdurch entsteht im Bereich der Schweißnaht eine Fertigung, die beim Laser­ strahlschweißen zusätzliche Maßnahmen erforderlich machen kann.

Um solche zusätzlichen Maßnahmen zu vermeiden und im Be­ reich der Längsschweißnaht 4 einen möglichst glatten Übergang der miteinander verschweißten Längsränder des Rumpfbleches zu erreichen, wird vorgeschlagen, die Längs­ ränder stumpf aneinanderzupressen und durch Energiestrahl­ schweißen, insbesondere Laserstrahlschweißen, miteinander zu verbinden. Der Laserstrahl kann hierbei zweckmäßig von der Rumpfinnenseite her auf die zusammengepreßten Längs­ ränder gerichtet sein, da sich hierdurch am einfachsten eine totraumfreie Verschweißung der Längsränder erzielen läßt. Man kann den Laserstrahl aber auch von der Außen­ seite her auf die Längsränder richten und muß dann nur dafür sorgen, daß sich die Schweißnahtwurzel bis zur Rumpfinnenfläche hin erstreckt.

Der zylindrische Rumpf 2 kann vor oder nach dem Einsetzen des Bodens mit einem Roll-Falz 5 versehen werden. Bei er­ höhten Belastungen kann in den Rollfalz auch noch ein Verstärkungsring eingelegt werden.

Die Dicke des Rumpfbleches beträgt bei einer Faßgröße mit einem Fassungsvermögen von 55 Galonen, was ca. 216 Litern entspricht, etwa 1 mm. Derartige Fässer haben einen maximalen Durchmesser von 584 mm bei einer Höhe von ca. 875 mm.

Bei einem solchen Faß kann für die Herstellung der Böden ein Stahlblech mit einer Dicke von ca. 1 bis 1,2 mm ver­ wendet werden. Jeder Boden 3 besteht aus einer zunächst ebenen Ronde, die aus Flachblech gestanzt oder mit einem Laserstrahl ausgeschnitten wird. Erforderlichenfalls kann der Boden auch mit Versteifungssicken versehen sein, jedoch müssen diese Versteifungssicken so angeord­ net und ausgebildet sein, daß sie die nachstehend be­ schriebene elastische Auswölbung des Bodens zulassen. Wegen dieser eventuell gewünschten Versteifungssicken werden die Ronden im Patentanspruch 1 als "im wesentlichen eben" bezeichnet. Im allgemeinen werden Ronden ohne Ver­ steifungssicken verwendet.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Ronden 3 ver­ wendet, deren Durchmesser d1 (vgl. Fig. 2, 4 und 5) größer ist als der Innendurchmesser d des Rumpfes 2. Bei einem Faß der vorgenannten Größe beträgt der Innendurch­ messer d 571 mm. Der Durchmesser d1 der Ronde 3 sollte hierbei um 1 mm größer sein und demnach 572 mm betragen. Der Durchmesserunterschied zwischen dem Durchmesser d1 der Ronde 3 und dem Innendurchmesser d des Rumpfes 2 muß so groß gewählt werden, daß der Rand 3c der Ronde 3 fest an die Innenfläche 2a des Rumpfes 2 angedrückt wird, so daß zwischen beiden Teilen möglichst kein Spalt vorhan­ den ist. Sollten sich durch Herstellungsungenauigkeiten des Rumpfes 2 bzw. auch der Ronde 3 Abweichungen von der Kreisform ergeben, dann sollen durch die Verspannung diese Abweichungen möglichst ausgeglichen werden und er­ reicht werden, daß ein etwaiger Spalt zwischen dem Boden­ rand 3c und der Innenfläche 2a des Rumpfes 2 maximal ein Zehntel der Blechdicke, d. h. maximal 0,1 mm, beträgt. Bei dem im Ausführungsbeispiel gewählten Innendurchmesser d des Rumpfes 2 von 571 mm beträgt das Übermaß des Durchmes­ sers d2 der Ronde 3 etwas mehr als 2 Promille. Bei kleine­ ren Behälterdurchmessern und dünneren Wandstärken kann es erforderlich sein, dieses Übermaß im Verhältnis etwas größer zu wählen. Um nun die Ronde bzw. den Boden 3 trotz ihres größeren Durchmessers d1 problemlos in das Ende des Rumpfes 2 einsetzen zu können, schlägt die Erfindung vor, daß jeder Boden vor dem Einsetzen in den Rumpf 2 durch Kraft- oder Wärmeeinwirkung zu einer linsenförmigen Gestalt ausgewölbt wird, um hierdurch seinen Durchmesser dl auf einen Einsetzdurchmesser d2 (vgl. Fig. 3) zu ver­ ringern, der kleiner ist als der Innendurchmesser d des Rumpfes 2. Der elastisch ausgewölbte Boden 3 wird dann in den Rumpf eingesetzt. Hierbei sollten die Böden 3 so in den Rumpf 2 eingesetzt werden, daß sie konvex nach außen gewölbt sind, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Infolge diese konvexen Auswirkung sind die Böden 3 innen konkav, was für die vollständige Entleerung des Fasses wesentlich ist.

Die Auswirkung des Bodens 3 im elastischen Bereich kann durch Einwirkung eines Vakuums auch die Außenfläche 3b des Bodens 3 bewirkt werden, wie es nachstehend anhand der Fig. 2 und 3 beschrieben wird. Man kann jedoch die Auswirkung des Bodens 3 durch Einwirkung eines in die Nähe der Außenfläche 3b gebrachten elektromagneti­ schen Feldes bewirken, wie es nachstehend anhand der Fig. 4 beschrieben wird. Ferner kann man die Auswirkung des Bodens im elastischen Bereich auch durch lokale Er­ wärmung des Bodens in seinem zentralen Bereich bewirken, wie es nachstehend anhand der Fig. 5 beschrieben wird.

In den Fig. 2-5 sind Vorrichtungen dargestellt, die für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zweckmäßig sind. Diese Vorrichtungen bestehen im wesent­ lichen aus einer Halterung 6 zum Verformen des jeweiligen Bodens 3 im elastischen Bereich, zum Halten des Bodens und zum Einsetzen desselben in den Rumpf 2. Die Halterung 6 ist mit einer Anlagefläche 7 versehen, die zumindest für den an den Bodenrand 3a angrenzenden Bereich des Bodens vorgesehen sein sollte. Zweckmäßig erstreckt sich die Anlagefläche 7 jedoch über den gesamten Bereich des Bodens 3 und ist entsprechend der gewünschten elastischen Auswöl­ bung des Bodens konkav gekrümmt. Die Halterung 6 ist mit einer die Anlagefläche 7 radial nach außen begrenzenden, im wesentlichen zylindrischen Zentrierfläche 8 versehen.

Der Durchmesser d2 dieser Zentrierfläche ist kleiner als der Innendurchmesser d des Rumpfes und entspricht dem Einsetzdurchmesser d2 des Bodens 3. Ferner ist die Halte­ rung 6 mit einem Ringabsatz 9 versehen, der an die Zen­ trierfläche 8 angrenzt. Der Abstand a des Ringabsatzes von der Anlagefläche 7 entspricht dem axialen Abstand a, den der Boden 3 vom Falz 5 des Rumpfes aufweisen soll, wenn er in diesem eingesetzt ist.

Bei der in Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsform kann im Bereich der Anlagefläche 7 ein Vakuum erzeugt werden. Die Halterung 6 ist mit einer oder mehreren Boh­ rungen 10 versehen, die an der Anlagefläche 7 münden und insgesamt an eine nicht dargestellte Vakuumquelle ange­ schlossen werden können. In der Nähe der Zentrierfläche ist ferner in die Anlagefläche 7 ein Dichtungsring 11 eingelassen. Die Halterung 6 wird auf die ebene Ronde oder den Boden 3 so aufgesetzt, wie es in Fig. 2 dar­ gestellt ist, daß der Bodenrand 3c allseitig gleichmäßig über die Zentrierfläche 8 vorsteht. Dies kann mittels eines nicht dargestellten Zentrierringes erreicht werden, dessen Innendurchmesser dem Durchmesser d1 entspricht und der an der Halterung 6 in axialer Richtung ausweich­ fähig gelagert ist. Wenn die Halterung mit der Vakuum­ quelle verbunden wird, entsteht in dem Raum zwischen der Außenfläche 3b des Bodens 3 und der Anlagefläche 7 ein Vakuum. Durch dieses wird der Boden 3, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, linsenförmig ausgewölbt. Hierdurch ver­ kleinert sich sein Durchmesser von der ursprünglichen Größe d1 auf einen Durchmesser d2, der als Einsetzdurch­ messer bezeichnet wird und der kleiner ist als der Innen­ durchmesser d des Rumpfes 2. Da der Boden 3 an die Halte­ rung 6 angesaugt ist, dient diese gleichzeitig auch zum Halten des Bodens 3 beim Einsetzen in das Ende des Rumpfes 2.

Hierbei wird die Halterung mit dem ausgewölbten Boden 3 in das Ende des Rumpfes 2 eingeschoben, bis der Ring­ absatz 9 auf dem Falz 5 aufliegt. Hierdurch wird die richtige axiale Lage des Bodens 3 gegenüber dem Rumpf 2 sichergestellt. Während des Einschiebens des Bodens 3 wird die Halterung 6 durch ihre Zentrierfläche 8 gegen­ über dem Rumpf 2 zentriert. Der Durchmesser d2 der Zen­ trierfläche 8 und auch der Einsetzdurchmesser müssen so gewählt werden, daß sich Halterung 6 und Boden 3 ohne Widerstand in den Rumpf 2 einschieben lassen. Andererseits soll aber der Durchmesser d2 auch nicht zu klein sein, damit sich die Halterung 6 und auch der Boden 3 gegenüber dem Rumpf 2 zentrieren können.

Sobald die Halterung 6 auf dem Falz 5 aufsitzt, wird das Vakuum aufgehoben. Infolge seiner Elastizität will der Boden in seine ursprüngliche ebene Form zurückkeh­ ren, kann dies aber nicht, weil sich sein Rand 3c an die Innenfläche 2a des Rumpfes 2 anlegt. Da der ur­ sprüngliche Durchmesser d1 des Bodens 3 größer ist als der Innendurchmesser d des Rumpfes 2, verspreizt oder verspannt sich der Boden 3 im Rumpf. Die Halterung 6 kann also nach Aufhebung des Vakuums sofort wieder aus dem Rumpfende herausgezogen werden und behindert das anschließende Schweißen in keiner Weise.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Vorrichtung ist in der Halterung 6 eine Spule 12 zur Erzeugung eines elektro­ magnetischen Feldes angeordnet. Anstelle von einer Spule 12 können auch mehrere einzelne kleinere Spulen vorgesehen sein. Im übrigen entspricht die Halterung 6 in ihrem Aufbau und ihrer Anwendungsweise der Halterung 6 des vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispieles.

Beim Anlegen eines elektrischen Stromes wird durch das elektromagnetische Feld der Boden 3 an die Anlagefläche 7 gezogen und hierdurch elastisch ausgewölbt. Die von der Spule 12 erzeugte elektromagnetische Kraft dient gleich­ zeitig zum Halten des Bodens 3 an der Halterung 6. Das Einsetzen des Bodens 3 in den Rumpf 2 erfolgt wie beim vorhergehenden Ausführungsbeispiel. Wenn die Halterung 6 auf dem Falz 5 aufsitzt, wird der Strom abgeschaltet und der Boden 3 kann sich mit seinem Rand 3c an die Innen­ fläche 2a des Rumpfes 2 anlegen.

Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform ist im Zentrum der Halterung 6 ein Hitzeerzeuger 13 angeordnet. Dieser Hitzeerzeuger 13 kann durch Induktion, Breitband­ infrarotstrahlung oder Laserstrahlung das Zentrum des Bodens 3 erwärmen. Die höhere Temperatur im Zentralbe­ reich des Bodens 3 gegenüber der kälteren Temperatur im Randbereich desselben führt zu einer Auswirkung des Bodens im elastischen Bereich. Bei dieser Ausgestaltung der Halterung können in der Halterung 6 kleinere Magnet­ spulen 14 angeordnet sein, deren Kraft nur ausreichen muß, um die durch Wärmezufuhr ausgewölbte Ronde oder den Boden 3 an der Halterung 6 zu halten, bis er mit Hilfe der Halterung 6 in der vorher beschriebenen Weise in das Ende des Rumpfes 2 eingesetzt ist. Es wird dann die Wärmezufuhr durch Abschalten des Erhitzers 13 unter­ brochen. Infolge der guten Wärmeleitfähigkeit von Stahl wird die Wärme vom Zentrum des Bodens zum Randbereich abgeleitet, so daß sich der Boden im Durchmesser wieder ausdehnt und mit seinem Rand 3c an die Rumpfinnenwand 2a anlegt.

Nachdem der Boden 3 in der vorher beschriebenen Weise im Rumpf 2 verspannt wurde, erfolgt das Verschweißen dieser beiden Teile durch Energiestrahlschweißung. Hierbei wird zweckmäßig ein Laserstrahl verwendet, es kämen jedoch auch ein Elektronenstrahl oder ein Ionen­ strahl in Frage.

Das Schweißen mittels Laserstrahl wird zweckmäßig von der Bodenaußenseite her durchgeführt, wie es in Fig. 1, Variante A, dargestellt ist. Die fokussierte Laserstrah­ lung, welche mit dem schwarzen Pfeil L angedeutet ist, wird schräg zum Boden 3 und auch schräg zur Wandung des Rumpfes 2 in die Verbindungsstelle von Boden 3 und Rumpf 2 eingestrahlt. Über die exakt dosierbare Laser­ leistung wird so viel Wärmeenergie eingebracht, um das Material von Rumpf und Boden aufzuschmelzen und Ver­ luste durch Wärmeleitung in das umgebende Material aus­ zugleichen. Die Laserleistung muß dabei so eingestellt werden, daß die Verbindungsstelle vollkommen durchge­ schweißt wird und sich die Wurzel 15a der Schweißnaht 15 bis zur Behälterinnenseite erstreckt. Durch richtige Einstellung der Schweißbedingungen sollte auch sicher­ gestellt werden, daß die Schweißnahtwurzel 15a möglichst glatt ist. Es wird so an der Behälterinnenseite ein glatter, spaltfreier Übergang von der Innenfläche 3a des Bodens 3 zur Innenfläche 2a des Rumpfes 2 geschaffen. Infolge der schmalen Nahtbreite und der kurzen Einwirk­ dauer der Laserstrahlung werden die Randbereiche der Schweißnaht 15 nur gering thermisch beansprucht. Die wärmebeeinflußte Zone des Grundwerkstoffes ist dabei wesentlich kleiner als bei konventionellen Schweißver­ fahren. Zur Verhinderung von Materialverformungen durch die Wärmeeinbringung beim Laserstrahlschweißen kann in dem dem Laserstrahl L abgewandten Bereich die Außenfläche 2b durch Aufbringung eines mit dem Pfeil G angedeuteten Gasstromes hoher Flußrate gekühlt werden.

Gemäß der Variante Fig. 1B kann die fokussierte Laser­ strahlung L auch radial zum Rumpf 2 zugeführt werden, wobei die Laserleistung ebenfalls so eingestellt werden muß, daß ein vollständiges Durchschweißen erfolgt und sich die Wurzel 15a der Schweißnaht 15 bis zur Behälter­ innenseite erstreckt, um auch hier einen spaltfreien Übergang der Innenflächen 3a und 2a von Boden 3 bzw. Rumpf 2 zu gewährleisten. Die Kühlung mittels Gasstrom G erfolgt hierbei an der Außenfläche 3b des Bodens 3 bzw. der außerhalb des Bodens liegenden Innenfläche 2a des Rumpfes 2.

Wenn die Längsnaht 4 des Behälterrumpfes 2 durch Rollen­ nahtschweißung hergestellt wurde und die Schweißnaht nach­ träglich nicht bearbeitet wurde, läßt es sich nicht ver­ meiden, daß im Bereich der Längsschweißnaht 4 zwischen dem Bodenrand 3 und der Innenfläche 2a des Rumpfes ein Spalt entsteht, der größer ist als ein Zehntel der Blech­ dicke. Es ist daher in diesem Bereich der Einsatz eines Zusatzdrahtes erforderlich. Der Zusatzdraht 16 wird, wie es in Fig. 7 dargestellt ist, in Schweißrichtung S ge­ sehen, vor dem Laserstrahl zugeführt. Das Material des Zusatzdrahtes wird dabei auch geschmolzen und vermischt sich mit der Schmelze von Rumpf 2 bzw. Boden 3. Über die Gasdüse 17 wird hinter dem Laserstrahl L Schutzgas auf die Schweißstelle geleitet. Durch eine vorlaufende, nicht dargestellte Sensorik (optisch, kapazitiv oder taktil) kann der Bereich der Längsschweißnaht 4 des Rumpfes 2 erfaßt und dann der Zusatzdraht 16 nur in diesem Bereich zugeführt werden. Dies hat den Vorteil, daß am überwiegenden Teil des Umfanges ohne Zufuhr von Zusatzdraht mit relativ hohen Schweißgeschwindigkeiten gearbeitet werden kann, während im Bereich der Längsnaht mit Zusatzdraht geschweißt wird und hier die Schweiß­ geschwindigkeit bei gleicher Laserleistung verringert wird, da ein Teil der Laserleistung zum Aufschmelzen des Drahtes erforderlich ist.

Zweckmäßig wird die Schweißnahtqualität während des Laserschweißprozesses mittels eines nicht dargestellten Plasmaüberwachungsgerätes überwacht. Beim Schweißen mit Hochleistungslaser zeigt das Metalldampfplasma oberhalb der sich ausbildenden Schweißkapillare charakteristische Merkmale für die Einkopplung der Laserenergie in das Werkstück. Die auftretenden Plasmafluktuationen stehen in engem Zusammenhang mit dem Laserschweißprozeß. Durch die Detektion der Fluktuationen bezüglich Dauer und Intensität in geeigneten, vorwählbaren Frequenzberei­ chen können unmittelbar Informationen über den Schweiß­ prozeß gewonnen werden. Auf diese Weise wird eine diffe­ renzierte Überwachungstechnik ermöglicht, die zur Kon­ trolle der erzeugten Schweißnahtqualität herangezogen werden kann. Gegebenenfalls können die Schweißparameter, wie Laserleistung, Brennweite, Vorschubgeschwindigkeit und dgl. in Abhängigkeit von den Meßwerten des Plasma­ überwachungsgerätes reguliert und damit eine gleichblei­ bende Schweißnahtqualität sichergestellt werden. Durch die On-line-Überwachung der Schweißnahtqualität während des Schweißprozesses kann die bisher übliche nachträg­ liche Druckprüfung des Fasses entfallen und jedem Faß ein Zertifikat über die ausgeführte Schweißqualität mitgegeben werden.

Zur Befüllung und Entleerung des Fasses muß dieses mit Spunden versehen sein. Die bisherigen Spundkonstruk­ tionen ermöglichen jedoch keine rückstandsfreie Leerung des Fasses. Um diese zu gewährleisten und gleichzeitig auch im Spundbereich die absolute Totraumfreiheit zu erreichen, wird die in Fig. 6 dargestellte Konstruktion und das nachstehend beschriebene Verfahren vorgeschlagen. Vor dem Einsetzen des Bodens 3 in den Rumpf 2 wird der­ jenige Boden, der später die Spunde aufweisen soll, im Spundbereich jeweils mit einer Öffnung 18 versehen. Die Öffnung 18 dient zur Aufnahme eines Rohrstutzens 19, der zum Einschrauben des Spundes mit einem Innengewinde 20 versehen ist. Der Rohrstutzen 19 weist an seinem einen Ende einen im Durchmesser verjüngten Abschnitt 19a auf, an den sich ein Ringabsatz 21 anschließt. Die axiale Länge des verjüngten Teiles 19a entspricht der Dicke s des Bodens 3 oder sie ist auch etwas kleiner. Der ver­ jüngte Teil 19a wird in die Öffnung 18 eingesetzt. Durch den Ringabsatz 21 wird verhindert, daß der Rohrstutzen 19 an der Bodeninnenfläche 3a, die beim fertigen Faß dem Inneren desselben zugekehrt ist, vorsteht. Der Spalt zwischen dem Öffnungsrand 18 und dem verjüngten Teil 19a des Rohrstutzens 19 wird mittels eines Laserstrahles L von der später dem Faßinneren zugewandten Bodeninnen­ seite her verschweißt. Es entsteht auf diese Weise zwischen der Bodeninnenseite 3a und dem Rohrstutzen 19 ein spaltfreier glatter Übergang. Wird das Faß auf den Kopf gestellt, dann nimmt der mit den Rohrstutzen ver­ sehene Boden 3 die in Fig. 6 dargestellte Stellung ein. Durch die konkave Wölbung der Innenfläche 3a des Bodens und den glatten Übergang der Bodenfläche 3a in den Rohr­ stutzen 19 ist eine restlose Entleerung des Fasses sichergestellt.

Claims (15)

1. Verfahren zur Herstellung eines zylindrischen Behäl­ ters, insbesondere eines Fasses, aus Metallblech, bei dem ein zylindrischer Rumpf geformt, zwei kreisför­ mige Böden gebildet werden, deren Durchmesser jeweils geringfügig größer ist als der Innendurchmesser des Rumpfes, jeder Boden in ein Ende des Rumpfes einge­ setzt und dann der Boden mit dem Rumpf durch Energie­ strahlschweißen, insbesondere Laserstrahlschweißen, verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, daß Böden in Form von im wesentlichen ebenen Ronden verwendet wer­ den, daß jeder Boden vor dem Einsetzen in den Rumpf durch Kraft- oder Wärmeeinwirkung zu einer linsenför­ migen Gestalt ausgewölbt wird, um hierdurch seinen Durchmesser (d1) auf einen Einsetzdurchmesser (d2) zu verringern, der kleiner ist als der Innendurch­ messer (d) des Rumpfes, daß dann der elastisch aus­ gewölbte Boden in den Rumpf eingesetzt und danach die Kraft- oder Wärmeeinwirkung aufgehoben wird, damit sich der Boden infolge seiner Elastizität unter stumpfer Anlage seines Randes an der Innenfläche des Rumpfes in diesem verspreizt, und daß anschließend das Laserstrahlschweißen mit solcher Energie und Rich­ tung des Laserstrahles von der Bodenaußenseite oder der Rumpfaußenseite her durchgeführt wird, daß sich die Schweißnahtwurzel bis zur Behälterinnenseite er­ streckt und an der Behälterinnenseite die Innenflächen von Boden und Rumpf spaltfrei miteinander verbindet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Böden konvex nach außen gewölbt in den Rumpf ein­ gesetzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Auswölbung des Bodens im elastischen Bereich durch Einwirkung eines Vakuums auf die Außen­ fläche des Bodens bewirkt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Auswölbung des Bodens im elastischen Bereich durch Einwirkung eines in die Nähe der Außen­ fläche des Bodens gebrachten elektromagnetischen Feldes bewirkt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Auswölbung des Bodens im elastischen Bereich durch lokale Erwärmung des Bodens in seinem zentralen Bereich bewirkt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden während des elastischen Auswölbens in einer die Auswölbung begrenzenden Anlage­ fläche einer Halterung angeordnet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Verschweißen von Boden und Rumpf im Bereich der Schweißnaht des Rumpfes ein Zusatzdraht der Schweiß­ stelle zugeführt und durch den Laserstrahl zusammen mit dem Material von Boden und Rumpf aufgeschmolzen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Außenfläche von Rumpf bzw. Boden in dem jeweils dem Laserstrahl abgewandten Bereich durch Auf­ blasen eines Gasstromes hoher Flußrate gekühlt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Rumpfinnendurchmesser von etwa 570 mm der Durchmesser des Bodens etwa 1 mm größer gewählt wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Einsetzen des Bodens in den Rumpf mindestens ein Rohrstutzen mit Innengewinde für den Spund in eine entsprechende Öffnung des Bodens eingesetzt und daß der Spalt zwischen Öffnungsrand und Rohrstutzen von der später dem Behälterinnern zugewandten Bodeninnenseite her mittels eines Energiestrahles verschweißt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrstutzen so in die Öffnung des Bodens eingesetzt wird, daß sein dem Behälterinnern zuge­ kehrtes Ende an der späteren Bodeninnenfläche nicht vorsteht bzw. bündig mit dieser ist.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißnahtqualität während des Laserschweiß­ prozesses mittels eines Plasmaüberwachungsgerätes überwacht und gegebenenfalls die Schweißparameter in Abhängigkeit von den Meßwerten des Plasmaüberwachungs­ gerätes reguliert.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Fertigung des Rumpfes die axial verlaufenden Längsränder des zylindrisch gekrümmten Rumpfbleches stumpf aneinandergepreßt und durch Energiestrahlschweißen, insbesondere Laser­ strahlschweißen, miteinander so verschweißt werden, daß die aneinandergrenzenden Innenflächen über die Schweißnaht spaltfrei miteinander verbunden sind.

14. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-12, gekennzeichnet durch eine Halterung (6) zum Verformen des jeweiligen Bodens (3) im elastischen Bereich, zum Halten des Bodens und zum Einsetzen desselben in den Rumpf (2), mit einer Anlagefläche (7) zumindest für den an den Bodenrand (3a) angrenzenden Bereich des Bodens, mit einer die Anlagefläche (7) nach außen begrenzenden, im wesentlichen zylindrischen Zentrierfläche (8), deren Durchmesser (d2) etwas kleiner ist als der Innendurchmesser (d) des Rumpfes (2), und einem an die Zentrierfläche (8) angrenzenden Ringabsatz (9), dessen Abstand (a) von der Anlagefläche dem Abstand (a) entspricht, den der Boden (3) vom Falz (5) des Rumpfes (2) aufweisen soll, und mit einer Einrich­ tung (10, 12) zur Erzeugung eines Vakuums oder einer elektromagnetischen Kraft in dem von der Anlagefläche umschlossenen Bereich der Halterung oder einer Ein­ richtung (13) zur Erzeugung von Wärme im Zentrum des von der Halterung (6) aufgenommenen Bodens (3).

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlagefläche (7) entsprechend der gewünschten elastischen Auswölbung des Bodens (3) konkav gekrümmt ist.