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Flanschverbindung
Die Erfindung betrifft eine Flanschverbindung mit einer inneren und einer äusseren Dichtung und da- zwischen angeordneten Befestigungselementen, insbesondere Schraubenbolzen.
Die Abdichtung von auf Kanälen und schädliche Stoffe enthaltenden Druckgefässen angeordneten
Flanschen setzt eine Vielzahl von Problemen, besonders dort, wo die Flanschen einen grossen Durchmesser besitzen. Es ist von grösster Wichtigkeit, dass ein hoher Abdichtungsgrad gegen Entweichen und wenn möglich eine Warnung von jeder beginnenden Entweichung im frühesten Moment erhalten wird. Aus diesen Gründen wird es hauptsächlich hingenommen, dass zwei verschiedene Dichtungen an den Flanschen vorgesehen werden sollen, mit Möglichkeiten den Innenraum zu überwachen. Von diesen Dichtungen soll die innere Dichtung die Bolzenbelastung aufnehmen und relativ zur äusserendichtung starr sein, welch letztere flexibel genug sein soll, aussergewöhnliche Belastungen zu vermeiden, die während der Betätigung der Verbindung aufgebracht werden.
Bisher war es üblich eine innere ringförmige Flächendichtung, die einen zwischenliegenden Dichtungsring umfassen kann, eine äussere ringförmige dichtende Verschweissung und Befestigungsmittel vorzusehen, die eine Reihe von Bolzen umfassen, die in einem Ring ausserhalb der äusseren Abdichtung angeordnet sind.
Diese Anordnung hat den Nachteil, dass die Dichtringbelastung, die von den Bolzen aufgebracht wird, nur nach Fertigen der äusseren abdichtenden Verschweissung wirksam wird und die innere Abdichtung kann somit nicht geprüft und falls nötig angepasst werden vor Bildung der äusseren Abdichtung. Weiterhin kann wenn die äussere Abdichtungsverschweissung einmal hergestellt ist, ein Entweichen durch diese nicht durch lokale Verschweissung behoben werden, während die Verbindung unter Arbeitslast steht, da sie bis zur Entfernung der Bolzen unzugänglich ist.
Bei ähnlichen Flanschabdichtungen ist es auch bekanntgeworden, eine die Dichtfläche aussen umgreifende elastische Wellmembrane vorzusehen, die mit einem Flanschteil fest und mit dem andern Flanschteil lösbar verbunden ist.
Gemäss der Erfindung wird nun vorgeschlagen, dass die zwischen den Dichtungen vorgesehenen Schraubenbolzen jeweils von einem Behältnis umschlossen sind, wobei die die Bolzen betätigenden Antriebselemente ausserhalb der Behältnisse angeordnet sind.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sei nun mit Bezug auf die Zeichnungen beispielsweise be- schrieben. Die, Fig. 1 zeigt einen axialen Schnitt durch einen Teil einer Flanschverbindung, wobei der Schnitt mit der Achse des einen der verschraubten Befestigungselemente zusammenfällt, die im Kreise am Flansch angeordnet sind. Fig. 2 ist ein Schnitt entlang der Linie A-B, Fig. 3 ein Schnitt entlang der Linie C-D, und Fig. 4 ein Schnitt entlang der Linie E-F der Fig. 1.
In der Zeichnung sind zwei äussere entsprechende Flanschen 1, 2 als Einheit mit benachbarten Tupi- len einer Kanalwand 3 ausgebildet. Die gegenüberliegenden Flanschoberflächen la, 2a sind mit Dichtungsflächen 4,5 versehen, die miteinander eine durchlaufende ringfömige innere Dichtung bilden.
An einer radial auswärts von dieser inneren Dichtung liegenden Stelle sind die Flanschoberflächen la, 2a
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bei 6 abgesetzt und begrenzen einen ringförmigen Raum 7, der sich radial auswärts zu den Flanschum- fängen erstreckt. Die Flanschen 1, 2 besitzen am äusseren Umfang Fortsätze 8, die mit einem flexiblen
Metall-O-Ring 9 in Eingriff stehen, der zusammen mit abdichtenden Verschweissungen 9a eine äussere
Abdichtung für die Flanschverbindung bildet.
Schraubbolzen 10 sind in einem zwischen der inneren und äusseren Abdichtung vorgesehenen Kreis angeordnet. Jeder dieser Bolzen 10 besitzt einen Schraubschaft 10a, dessen eines Ende dauernd in einem
Sackloch 12 im Flansch 1 eingeschraubt bleibt. Das andere Ende des Schaftes, ebenfalls mit einem Ge winde versehen, ist mit einer Mutter 10b in Eingriff.
Jeder Bolzen 10 hat eine Bohrung 12a, um eine Heizhülse 12b aufzunehmen. Letztere erstreckt sich durch eineöffnung im Flansch 1 und ist dort abdichtend verschweisst, wo sie aus der Flanschoberfläche herausragt. Die Heizhülse 12b kann sowohl ein elektrisches Heizelement als auch einen pneumatisch an- zeigenden Dehnungsmesser beinhalten.
Das Heizelement im Bolzenschaft erlaubt es, den Schaft während des Befestigens zu erwärmen. Die dadurch bewirkte thermische Ausdehnung vermindert das Drehmoment auf das Befestigungswerkzeug (un- ten beschrieben). Dieser Effekt erlaubt es, ein wesentlich kleineres Werkzeug zu benutzen als im Fal- le eines unbeheizten Bolzens.
Eine Bohrung 11 mit grösserem Durchmesser als das Sackloch 12 ist bei l1a abgesetzt. Eine abge- setzte Hülse 13 bildet ein abgedichtetes Behältnis für die Bolzen 10, ist mit der Bohrung 11 verschraubt und besitzt eine rückwärtige Verlängerung 14, die in einem halbkugelförmigen Teil 14a endet. Eine
Hülse 15 zur Verminderung der thermischen Beanspruchung ist zwischen der Mutter 10b und dem abge- setzten Teil der Hülse 13 angeordnet und an der Hülse 13 mittels eines Stiftes 16 fixiert. Letzterer si- chert auch ein Ende einer Hülse 17 zwischendenHülsen 13 und 15. Die Hülse 17 erstreckt sich über eine
Länge, die annähernd der axialen Länge der Hülsenverlängerung 14 ist.
Die Mutter 10b ist versenkt um das Ende des Schaftes 10 in den Schraubteil der Mutter einzuführen.
Die äussere Peripherie der Mutter 10b ist zylindrisch und hat V-förmige Zähne 36, die mit entsprechen- den an der benachbarten inneren Oberfläche der Hülse 17 vorgesehenen Zähnen 37 in Eingriff'stehen (Fig. 2). Die Endfläche der Mutter 10b stützt sich gegen eine Endkappe 18 ab, die über ein Drucklager 19 von einer Druckfeder 20 gehalten ist, deren anderes Ende sich gegen eine Kappe 21 abstützt. Diese hat einen Zentrieransatz 21a, der durch den halbkugelförmigen Teil 14a hindurchreicht und der in einem Achslager 22 in einer Endplatte 23.. : gehalten ist. Die Endplatte 23 schliesst das Ende eines angetriebenen Glockenrades 24 ab, das auf dem Achslager 22 und einem Nadelrollenlager 25 drehbar ist, das von der Hülsenverlängerung 14 getragen wird.
Wie man aus Fig. 2 ersehen kann, ist der innere Ring des Lagers 25 kreisförmig und mit der Hülsenverlängerung 14, auf der der Ring angeordnet ist, konzentrisch, wohingegen der äussere Ring 25a elliptisch ist. Verdreht man das Glockenrad 24, so werden die Zähne 37 der Hülse 17 durch Deformation der Hülse 17 jeweils an fortlaufend verschiedenen Stellen mit den Aussenzähnen 36 der Mutter 10b in Eingriff gebracht. Dies bewirkt eine Drehung der Mutter 100 und man erhält ein sogenanntes. Spanngetriebe. Man kann leicht erkennen, dass wenn die Zähnezahl auf der Mutter 10b und der Hülse 17 verschieden ist, einzelne Zahnflanken des einen Zahnkranzes eine Kraftwirkung auf die Zahnflanken des andern Zahnkranzes ausüben werden.
Eine kleine Differenz in der Zahl der Zähne auf der Mutter 10b und der Hülse 17 ruft eine grosse Geschwindigkeitsverminderung hervor.
Der Antrieb des Glockenrades 24, das an seinem äusseren Umfang Zähne 24a trägt, wird von einem Druckluftmotor 26 durch einen zusammengeset, zten epizyklischen Drehmomentverstärker bewirkt, der einen Verbundring 27 mit Übersetzungszahnrädern 27a, 27b und ein Sonnenrad 28, das als Motorständer wirkt, umfasst.
Der Motor 26 hat einen Rotor 29 mit Lamellen 29a, die in eine Arbeitskammer hineinragen, in welche Druckluft von dem einen oder dem andern der Rohre 30 je nach Rotationssinn, durch Durchlässe (nicht dargestellt) in den Stator 28 geleitet wird. Rohrförmige Lagerteile 31 erstrecken sich vom Rotor in axialen Richtungen.
Die inneren Flächen 31a der Teile 31 sind mit der Achse des Rotors konzentrisch und mit konzentrischen Lagerungen 32,33, die vom Stator 28 getragen werden, in Wirkverbindung. Die äusseren Oberflächen 31b der Teile 31 sind zum Rotor exzentrisch und tragen exzentrische Lagerungen 34,35 für den Verbundring 27 (Fig. 3). Der Verbundring ist mit Längsschlitzen (nicht dargestellt) versehen, um einen gewissen Grad an Drehbiegsamkeit zu gewährleisten. Die Zähne 27a sind mit den Zähnen 24a des Glok kenrades 24 in Eingriff und die weiteren Zahnradzähne 27b wirken mit Zähnen des Sonnenrades 28 zusammen. Die Zahnkränze der Zähne 27a, 27b haben. verschiedene Durchmesser. Die Arbeitsweise des
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Druckluftmotors, der die Mutter 10b antreibt, wird im folgenden beschrieben.
Anfänglich sind im Flansch 1, die Bolzen 10 zusammen mit Heizhülsen verschraubt. Der Flansch 1 kann ebenso einen mittels Fernbedienung gesteuerten Schweisskopf zur Bildung der abdichtenden Schwei- ssung 9 zwischen dem Dichtungsring und dem Flansch 1 tragen. Der lösbare Flansch 2 trägt den abge- schlossenen Antriebsmotor und die Mutter 10b, wobei die abdichtende Schweissung 9a den Dichtungsring 9 trägt.
Der Flansch 2 wird auf den Flansch 1 gesenkt, so dass die freien Enden der Bolzen 10 in die Bohrung der Mutter eindringen, und den Schraubteil der Mutter 10b berühren. Eine weitere Absenkung des Flan- sches 2 wird ein Zusammenpressen der Feder 20 durch die Mutter hervorrufen bis die Dichtflächen 4,5 einander berühren.
Pressluft wird dann durch ein Rohr 30'eingeleitet, um den Rotor 29 auf volle Geschwindigkeit zu be- schleunigen. Am Beginn der Beschleunigungsperiode wird die Rotordrehung einen Antrieb über die ex- zentrischen Lagerungen 34, 35 zum Verbundring 27 übertragen. Drehreaktionen werden vom Ringraum auf das Sonnenrad 28 und bis zu einem gewissen Grade auf das Zahnrad 24a übertragen, das anfänglich durch Trägheit und Reibung beim Spanngetriebe gebremst wird. Längsschlitze im Verbundring 27 erlau- ben dabei diesem Element sich gemäss der resultierenden Drehung zu deformieren, um eine verschiede- ne Rotation der Zahnräder 27a, 27b zu erlauben. Sobald die Drehkräfte die Trägheit und die Reibung überwunden haben, wird das Glockenrad 24 beschleunigt.
Die vorgenannten Kräfte des Glockenrades 24 nehmen so ab und die Drehdeformation des Verbundringes 27 wird ebenfalls kleiner. Der Stator nimmt dann rasch die volle Drehreaktion auf. Eine geringe Drehdeformation des Verbundringes 27 gestattet daher eine beträchtliche Drehung des Rotors, während der Zahnkranz mit den Zähnen 27b, die mit dem
Sonnenrad 28 in Eingriff stehen, und der Zahnkranz mit den Zähnen 27a noch in Ruhe sind.
Am Ende der anfänglichen Beschleunigungszeit wird der Motor 26 den Verbundring 27 bereits um das Sonnenrad antreiben und eine Beschleunigung des Zahnkranzes 27a ergeben. Die Drehung des letzteren wird durch das Spanngetriebe auf die Mutter 10b übertragen, welche hiedurch gedreht wird. Die Mutter bewegt sich so entlang der Bolzenverschraubung bis sie mit der Hülse 15 in Eingriff kommt. Ist dies er- folgt, so schützt die Drehdeformation des Verbundringes 27 das Getriebe gegen übermässige Beanspruchung. Ein einstellbarer innerer Verlust an Druckmedium des Motors schützt diesen vor einer möglichen Beschädigung.
Damit der Bolzen noch fester angezogen werden kann, wird das elektrische Heizelement in der Hülse 12b bei verschiedenen Bolzen vorzugsweise jedem zweiten angeschaltet und nach einem vorbestimmten Mass an thermischer Ausdehnung wird wieder Pressluft zum Motor geleitet, um die Mutter anzuziehen.
Diese können dann abkühlen und sind somit völlig angezogen. Die restlichen Bolzen werden daraufhin in ähnlicher Weise erwärmt und ihre Muttern motorisch angezogen. Sind alle Muttern angezogen, so wird die innere Dichtung 5 auf Dichtheit hin geprüft und jedes örtliche Entweichen wird durch ein weiteres Anziehen der der Entweichungsstelle benachbarten Bolzen behoben.
Ist eine völlige Dichte der inneren Dichtung gewährleistet, so wird die übrige ringförmige abdichtende Schweissung aufgebracht. Um die Muttern zu lösen, wird jeder zweite Bolzen erwärmt und Pressluft zu den mit den Muttern verbundenen Motoren geleitet, um die Muttern zu lösen, woraufhin die abdichtende Schweissung 9a aufgeschnitten werden kann und die Flanschen getrennt werden können.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Flanschverbindung mit einer inneren und einer äusseren Dichtung und dazwischen angeordneten Befestigungselementen, insbesondere Schraubenbolzen, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen den Dichtungen vorgesehenen Schraubenbolzen (10) jeweils von einem Behältnis (13) umschlossen sind, wobei die die Bolzen (10) betätigenden Antriebselemente ausserhalb der Behältnisse angeordnet sind.