DE10023692A1 - Verbindung für medienführende Teile - Google Patents
Verbindung für medienführende TeileInfo
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Abstract
Bei einer Verbindung für medienführende Teile, insbesondere für Aseptikanwendungen, wird ein Dichtring (14), vorzugsweise ein Rundschnurdichtring, an einem Dichtsitz zur Abdichtung der Teile festgelegt. Der Dichtsitz wird von einem den Dichtring weitgehend umschließenden Dichtungskanal (22) gebildet. Der Dichtungskanal (22) setzt sich aus Dichtflächen (21a, 21b) beider Teile (12, 13) zusammen, wobei zwischen den Teilen und zwischen den Dichtflächen eine zum Medienraum hin weisende Dichtfuge (30) gebildet ist, in die sich der Dichtring (14) hineinverformt, wenn die Teile axial auf Anschlag gegeneinander verspannt werden. An einer von der Dichtfuge (30) abgewandten Seite schließt sich eine Trennfuge (41) an den Dichtungskanal an. Der Dichtungskanal (22) weist wenigstens einen von der unverformten Querschnittsform des Dichtrings abweichenden Ausdehnungsraum (35, 57,a, 57b) auf. Der Ausdehnungsraum (35, 57a, 57b) ist der Dichtfuge (30) im wesentlichen gegenüberliegend angeordnet. Der Dichtring (14) verformt sich unter äußeren Einflüssen, insbesondere der Spannkraft zur Verbindung der Teile in den Ausdehnungsraum (35, 57a, 57b) hinein.
Description
Die Erfindung betrifft eine Verbindung für medienführende
Teile nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
In vielen Industriebereichen, beispielsweise in der Phar
mazie, Nahrungsmittel oder Kosmetikindustrie müssen Verbin
dungen für medienführende Teile strengsten Anforderungen
genügen, um beispielsweise in keimfreien oder sterilen
Prozessen eingesetzt werden zu können. Keimfreiheit und
Sterilität wird beispielsweise bei Prozessen zur Steigerung
der Haltbarkeit von Milchprodukten oder bei der Herstellung
von Nahrungsmitteln ohne den Einsatz von Konservierungs
stoffen verlangt. Die Mindestanforderungen an solche Verbin
dungen sind in verschiedenen Qualitätssicherungsrichtlinien,
wie beispielsweise der GMP (Good Manufacturing Practice),
festgelegt. Dabei werden Anforderungen an die Konstruktion,
die Verarbeitung, den Werkstoff und die Oberfläche der
Verbindungen gestellt. Es hat sich gezeigt, daß häufig die
Dichtung, das "schwächste Glied" solcher Verbindungen ist,
daß also die Abdichtung solcher Verbindungen gegenüber der
Umgebung eine entscheidende Rolle spielt, um Keimarmheit oder
Sterilität der betreffenden Prozesse aufrecht erhalten zu
können. Dabei ist insbesondere die Art der Dichtung und deren
Festlegung an der Verbindung wichtig.
In der DE 197 35 427 wird eine sterile Verbindung zwischen
zwei Teilen, insbesondere zwischen zwei Rohren, beschrieben.
Die Verbindung weist zwei Aufnahmeräume, nämlich einen
radialen inneren Aufnahmeraum und einen daran anschließenden
äußeren Aufnahmeraum, zur Aufnahme von Dichtungen auf. Die im
inneren Aufnahmeraum angeordnete Dichtung wird beim Zusammen
setzen der beiden Rohre verformt, so daß sie den Aufnahmeraum
praktisch vollständig ausfüllt. Sie sorgt dafür, daß die
Verbindung in bakteriologischer Hinsicht von innen nach außen
dicht ist. Bei einem Druckabfall im Rohr kann es jedoch zu
Undichtigkeiten kommen, wenn die Dichtung in den Dichtspalt
gezogen wird und soweit nach innen verformt wird, daß sie
nicht mehr an den Wänden des Aufnahmeraums anliegt. Die
zweite, im äußeren Aufnahmeraum angeordnete Dichtung soll
dem entgegenwirken, und sorgt dafür, daß die Dichtigkeit in
bakteriologischer Hinsicht auch von außen nach innen gegeben
ist.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Verbindung für
medienführende Teile zu schaffen, die einfach und kostengün
stig herstellbar ist, und eine weiter verbesserte Sicherheit
gegen bakteriologische Verunreinigungen bietet.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung eine Verbin
dung mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen vor. Weiter
bildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche 2
bis 14.
Unter Verbindung im Sinne der Anmeldung wird insbesondere
eine lösbare Verbindung, wie eine Verschraubung, eine
Flansch- oder eine Klemmverbindung, o. dgl. verstanden. Als
medienführende Teile werden alle Bauteile verstanden, die
mit irgendwelchen Medien, wie Gasen, Flüssigkeiten o. dgl. in
Kontakt kommen können, beispielsweise Rohre, Behälter,
Ventile o. dgl. Eine Verbindung für medienführende Teile ist
demnach vorzugsweise eine Verbindung zwischen zwei Leitungen,
beispielsweise Rohren, zwischen zwei Behälterbauteilen oder
zwischen einer Leitung und einem Behälter, beispielsweise
zwischen einem Zuführrohr und einem Reaktor. Die Verbindung
für medienführende Teile kann für die verschiedensten
Prozesse eingesetzt werden, insbesondere wird sie jedoch bei
Aseptikanwendungen eingesetzt. Unter Aseptikanwendungen
werden keimarme oder sterile Prozesse verstanden, unter denen
Pharmazeutika, Nahrungsmittel, Kosmetika o. dgl. hergestellt
werden.
Die erfindungsgemäße Verbindung zeichnet sich dadurch aus,
daß der Dichtungskanal von der unverformten Querschnittsform
des Dichtringes abweichende Ausdehnungsräume aufweist. Der
Dichtungskanal umschließt den Dichtring weitgehend und setzt
sich aus Dichtflächen beider medienführender Teile zusammen.
Der Dichtungskanal kann je als eine Art Nut in jedem der
Teile augebildet sein. Insbesondere ist an jedem der beiden
medienführenden Teile eine solche Nut ausgebildet, die beim
Zusammenfügen der beiden Teile den Dichtungskanal bildet. Der
Dichtungskanal ist im wesentlichen an die unverformte,
insbesondere kreisförmige oder ovale Querschnittsform des
Dichtringes angepaßt, mit Ausnahme jedoch der Bereiche von
Dichtfuge und der Ausdehnungsräume. Unter äußeren Einflüssen,
insbesondere beim Verspannen der Teile, verformt sich der im
Dichtungskanal liegende Dichtring zum einen in die zum
Medienraum hin weisende Dichtfuge und zum anderen in die
Ausdehnungsräume. Unter Verspannen der Teile wird insbesonde
re das Anlegen einer definierten Vorspannung beim Zusammen
fügen der beiden Teile verstanden, bei der der Dichtring an
die Dichtflächen gepreßt wird und somit sowohl zum Medienraum
als auch zur Umgebung hin abdichtet. Die Vorspannung wird
insbesondere dadurch erreicht, daß die beiden Teile auf
metallischen Anschlag gebracht werden.
Bei herkömmlichen Verbindungen ist als Ausdehnungsraum
ausschließlich die Dichtfuge am Medienraum vorgesehen. Im
ungünstigsten Fall kann sich also der Dichtring in den
Medienraum hineinverformen und dort eine Art Wulst bilden,
der von den medienführenden Wandungen hervorsteht. Zwischen
medienführender Wandung und Wulst kann sich also ein Totraum
bilden, indem sich insbesondere bei Einsatz von flüssigen
Medien nach dem Entleeren, Flüssigkeitsrückstände, beispiels
weise Pfützen, ansammeln können, die ein idealer Nährboden
für Keime und Bakterien sind. Bei der erfindungsgemäßen
Verbindung ist dies nicht der Fall. Wie erwähnt, verformt
sich der Dichtring dabei sowohl in die Dichtfuge als auch in
die Ausdehnungsräume.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung setzen sich die Dicht
flächen der Verbindung aus Haupt-Dichtflächen und Neben-
Dichtflächen zusammen. Als Haupt-Dichtflächen werden die
Kontaktflächen zwischen Dichtungsring und den medienführenden
Teilen verstanden, an denen beim Verspannen der Teile ein
erhöhter Dichtungs-Auspreßdruck herrscht und somit die Haupt-
Dichtwirkung auftritt. Die Haupt-Dichtflächen grenzen vor
zugsweise an die zum Medienraum hin weisende Dichtfuge bzw.
an die Trennfuge zwischen den beiden medienführenden Teilen
an und dichten die Verbindung sowohl von innen nach außen,
also vom Medienraum zur Umgebung hin, und von außen nach
innen ab. Die gegenüber den Haupt-Dichtflächen breiteren
Neben-Dichtflächen liegen vorzugsweise im Bereich des wenig
stens einen Ausdehnungsraums (Haupt-Ausdehnungsraum) und
dichten zusätzlich ab. Beim Verspannen der Teile tritt also
vorzugsweise an den Haupt-Dichtflächen der maximale Anpreß
druck auf. Das führt zu einer Festlegung des Dichtrings mit
den medienführenden Teilen an diesen Haupt-Dichtflächen.
Dadurch kann sich der in die Dichtungsfuge hineinverformende
Wulst des Dichtringes nach dem Verspannen weder in den
Medienraum hineinschieben noch sich in der Dichtungsfuge
zurückziehen (Fahrstuhleffekt). Somit wird verhindert, daß
Bakteriennester, die sich in der Dichtfuge am Übergang
zwischen Dichtring und Medienraumwandung anlagern, durch eine
Vor- und Rückwärtsbewegung des Wultes, wie sie beispiels
weise bei Druck- oder Temperaturschwankungen im Medienraum
auftreten kann, in die Dichtfläche hineingezogen werden und
somit nicht mehr abgereinigt werden könnten. Zudem wird eine
Beschädigung des Dichtungsringmaterials, beispielsweise in
Form von Mikrorissen, die durch die Vor- und Rückwärtsbewe
gung des Wuchtes auftreten könnte, verhindert.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung sind der Dichtungskanal
und seine Ausdehnungsräume in Abhängigkeit von den Abmessun
gen des Dichtringes so bemessen, daß die Oberfläche des sich
in die Dichtfuge verformenden Teils des Dichtringes im
wesentlichen mit den medienführenden Wandungen der Teile
fluchtet. Es bildet sich also im wesentlichen ein plan
ausgebildeter Übergang zwischen Wandung und Dichtfuge der
Verbindung.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung sind die Ausdehnungs
räume derart angeordnet, daß sich der Dichtring im wesent
lichen symmetrisch zu mindestens einer Mittelachse seines
Querschnittes verformt. Dabei entspricht die Größe und die
Form eines, vorzugsweise der Dichtfuge gegenüberliegenden,
Ausdehnungsraumes im wesentlichen der Größe und der Form der
Dichtfuge, so daß sich symmetrisch zu einer axialen Mittel
achse des Querschnitts des Dichtrings zwei im wesentlichen
gleich große Teile des Dichtringes wulstartig in die Dicht
fuge bzw. den Ausdehnungsraum hineinverformen. Zudem können
sich symmetrisch zu einer radialen Mittelachse ebenfalls zwei
Wulste in die beiden Nuten der medienführenden Teile hinein
verformen. Dies verhindert, daß bei der Verspannung der
beiden Teile sich der Dichtring im Ringkanal verdreht, was
bei einer unsymmetrischen Verformung des Dichtringes möglich
wäre. Dies könnte zu einer unverhältnismäßig hohen Material
beanspruchung des Dichtringes führen, bei der der Dichtring
zerstört werden könnte.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung werden die Haupt-
Ausdehnungsräume durch eine von der vorzugsweise halbkreis
förmigen Querschnittsgrundform des Dichtungsringes abweichen
de Querschnittsform des den Dichtungsring aufnehmenden
Dichtungskanal gebildet. Diese Querschnittsform kann ein
gegenüber der Halbkreisform vertieftes Profil, beispielsweise
in Form einer Tasche, der den Dichtungskanal bildenden
Kanalhälften sein. Beispielsweise kann das Querschnittsprofil
aus einem Halbkreisbogen und daran tangential anschließenden
schwächer gekrümmten Abschnitten gebildet werden. Das sich
aus zwei Kanalhälften zusammensetzende Profil kann aber auch
durch zwei mit ihren Mittelpunkten in Achsrichtung auseinan
der versetzten Kreisbögen (nahezu Halbkreise) bestehen.
Vorzugsweise schließen unmittelbar an die Haupt-Ausdehnungs
räume die Haupt-Dichtflächen an, die insbesondere im Bereich
von in den Dichtungsquerschnitt eingreifenden Abschnitte der
Teile ausgebildet sind. Der Dichtungsring verformt sich beim
Verspannen hauptsächlich in die Haupt-Ausdehnungsräume am
Grund der nutförmigen Dichtungskanalhälften, also senkrecht
zur Dichtungsfuge. Somit verformt sich nur ein kleiner Teil
des Dichtringes als Wulst in die Dichtfuge.
Besonders bevorzugt weist die Verbindung zusätzlich zu den
Haupt-Ausdehnungsräumen noch einen Neben-Ausdehnungsraum auf,
der am Übergang zwischen Dichtungskanal und einer von den
beiden Teilen gebildeten im wesentlichen axial, also bezogen
auf den Dichtring bzw. den Dichtungskanal, etwa tangential
verlaufenden Trennfuge vorgesehen ist. Der Neben-Ausdehnungs
raum kann alle erdenklichen Querschnittsformen, beispiels
weise einen runden, ovalen o. dgl. Querschnitt aufweisen.
Insbesondere bildet er jedoch eine im Querschnitt wulstför
mige Vertiefung, die an den Dichtungskanal anschließt. Der
Neben-Ausdehnungsraum ist in radialer Richtung ausgeprägt und
hat gerundete Kanten, die dafür sorgen, daß der Dichtungsring
bei seiner Verformung nicht beschädigt wird. Dabei ist
insbesondere der Übergang zwischen dem Neben-Ausdehnungsraum
und dem Dichtungskanal mit einem S-förmigen Übergang, also
nicht nur rein tangential zum Dichtungskanal, ausgebildet.
Die axial an den Neben-Ausdehnungsraum anschließende Trenn
fuge ist vorzugsweise so eng ausgebildet, daß die Verformung
des Dichtringes vorher endet, also daß der Dichtring nicht in
die Trennfuge hineinverformt wird. Die Dichtfuge ist dazu
nicht weiter als ein Hundertstel bis ein Zwanzigstel, insbe
sondere ein Achzigstel bis ein Fünfzigstel der Querschnitts
abmessung des Dichtringes. Durch diese dichtungsringfreie
Trennfuge können die beiden Teile beim Zusammenführen und bei
der Verspannung axial sehr genau geführt werden.
Bei herkömmlichen Verbindungen ist die an die Dichtfläche
des Dichtungskanals anschließende Begrenzungskante der
Dichtfuge derart ausgebildet, daß die medienführende Wandung
der Teile mit einem Radius in den Dichtungskanal übergeht. An
diesem Radius schließt sich ein gerader Abschnitt der Be
grenzungskante an, der wiederum in einen daran anschließenden
zweiten Radius übergeht. Das Anbringen der Radien soll ein
Beschädigen des Dichtringes beim Verspannen verhindern, das
bei scharfen Kanten möglich wäre. Jedoch kommt es vor, daß
die Form der Begrenzungskante beim Bearbeiten nicht "rund
gerade-rund" wird, sondern aufgrund der Toleranz bei der
Bearbeitung die beiden Radien als eine Art gotischer Spitz
bogen ineinander übergehen. Dadurch entsteht wiederum eine
scharfe Kante, die den Dichtungsring beschädigen kann.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung wird dies dadurch
verhindert, daß die die Dichtfuge begrenzenden Kanten mit
einem gleichmäßigen, vorgegebenen und von der toleranzverän
derlichen Dicke der Kanten unabhängige Radius versehen sind.
Der Radius beträgt dabei ca. ein Zwanzigstel bis ein Drittel,
vorzugsweise ein Zehntel bis ein Fünftel der Querschnitts
abmessung des Dichtringes. Der Dichtring ist bevorzugt derart
ausgebildet, daß seine Querschnittsabmessung im Vergleich zur
Nennweite der medienführenden Teile, die beispielsweise
zwischen 50 mm und 400 mm liegen kann, gering ist. Die
Querschnittsabmessung liegt vorzugsweise im Bereich von einem
Hundertfünfzigstel bis einem Zehntel, insbesondere von einem
Hundertstel bis einem Fünfzigstel der Nennweite der medien
führenden Teile. Wie erwähnt ist die Querschnittsform des
Dichtringes an den Dichtungskanal der Verbindung angepaßt,
beispielsweise ist sie in unverformtem Zustand rund oder
oval.
Der Dichtring besteht normalerweise aus einem flexiblen,
gummiartigen Material mit dem Medium in Bezug auf Tempe
ratur- und chemischer Beständigkeit etc. angemessenen Eigen
schaften. Er kann aber auch aus Hartmetall oder einer Eisen-
Titan-Legierung, beispielsweise aus Ferro-Titanit, bestehen.
Dabei kann der Dichtungsring im Vergleich zu den beiden
medienführenden Teilen das härtere Bauteil sein. Demzufolge
müssen die Teile unter der Spannkraft verformbar sein, um
eine Dichtwirkung zu erreichen.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist die Verbindung der
medienführenden Teile eine Verschraubung, die insbesondere
eine das Fressen beim Verschrauben verhindernde Beschichtung
aufweist. Dazu ist beispielsweise eine Hartmetallbeschich
tung, vorzugsweise eine Titan-Nitrid-Beschichtung geeignet.
Die Vorteile der beschriebenen Erfindung bestehen darin, daß
beim Zusammenfügen und Verspannen der medienführenden Teile
sich die Dichtung derart verformt, daß keine Toträume oder
Spalte entstehen, die potentielle Kontaminationsquellen sind.
Dazu sind zusätzlich zur Dichtfuge am Dichtungskanal Bereiche
vorgesehen, in den sich der Dichtring hineinverformt. Zwei
dieser Bereiche sind Haupt-Ausdehnungsräume, die als eine Art
Tasche am Grund der nutförmig ausgebildeten Dichtungskanal
hälften ausgebildet sind und in die sich der Hauptteil des
Dichtringes beim Verspannen der Teile hineinverformt. Der
Neben-Ausdehnungsraum liegt der Dichtfuge gegenüber, also an
einer dem Medienraum gegenüberliegenden Seite. Dadurch, daß
der Dichtring unter der Spannkraft nicht nur radial nach
innen, sondern axial nach beiden Seiten und radial nach außen
ausweicht, wird sichergestellt, daß es an der Dichtungsfuge
zu keinem über die Wandungen der Teile hervorstehenden Wulst
kommt, an dem sich Keime oder Bakterien anlagern können.
Dadurch wird die erfindungsgemäße Verbindung insbesondere
auch den hohen Anforderungen bei sterilen oder keimarmen
Prozessen gerecht.
Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen
auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei
die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu
mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausfüh
rungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht
sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführun
gen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.
Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte sowie
Zwischen-Überschriften beschränkt die unter diesen gemachten
Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
Zwei bevorzugte Ausführungsformen sind anhand der Zeichnungen
dargestellt. Hierbei zeigen:
Fig. 1 eine teilweise geschnittene Ansicht durch die
Verbindung;
Fig. 2 in vergrößertem Maßstab die Einzelheit Z der
Fig. 1;
Fig. 3 eine geschnittene Draufsicht auf eine Verbin
dung zwischen einem Schauglas und einem
Behälter;
Fig. 4 in vergrößertem Maßstab einen Teil der Fig. 3
und
Fig. 5 in vergrößertem Maßstab die Einzelheit Z der
Fig. 1, mit einer Darstellung der Verteilung
des Anpreßdrucks.
Die Fig. 1 zeigt eine Verschraubung 11, wie sie insbesondere
zur Verbindung zweier Rohre eingesetzt wird. Die Verschrau
bung 11 besteht aus vier Teilen, einem Gewindestutzen 12,
einem Bundstutzen 13, einem Dichtring 14 und einer Überwurf
mutter 15. Gewindestutzen 12 und Bundstutzen 13 sind vorzugs
weise aus rostfreiem Stahl, beispielsweise aus einem Chrom-
Nickel-Molybdänstahl hergestellt. Die gängigen Nennweiten
solcher Verschraubungen 11 liegen im Bereich von 6 mm bis 100 mm
(DN 6 bis DN 100). Die Verschraubungen sind für Betriebs
drücke von bis zu 60 bar ausgelegt. Der Dichtring 14 ist bei
spielsweise ein O-Ring, der lebensmittelgeeignet ist. Er ist
vorzugsweise aus Kautschuk, beispielsweise aus Acryl-Nitril-
Butadien-Kautschuk. Die Oberflächen der Verschraubung 11 sind
für die Cleaning-In-Part (CIP)-Reinigung und die Steriliza
tion-In-Part (SIP)-Sterilisierung geeignet.
Der Gewindestutzen 12 besteht aus einem Rohrabschnitt 16, an
den sich ein im Durchmesser größerer Gewindeabschnitt 17
anschließt. Der Rohrabschnitt 16 wird an ein Rohr (nicht
dargestellt) angeschweißt. Als Schweißverfahren hat sich
dabei insbesondere das Orbitalschweißen als für sterile oder
keimarme Prozesse geeignet erwiesen. Der Übergang zwischen
Gewindeabschnitt 17 und Rohrabschnitt 16 ist konisch ausge
bildet. Der Gewindeabschnitt 17 weist ein Außengewinde 18
auf, das vom Übergang zwischen Rohrabschnitt 16 und Gewinde
abschnitt 17 bis zum Ende des Gewindeabschnitts 17 reicht. Am
gewindeabschnittseitigen Ende des Gewindestutzens 17 ist ein
radial umlaufender Einschnitt 19 ausgebildet, der zum Medien
raum 20 hin weist. Am Fuß des Einschnittes 19 ist eine
Dichtfläche 21a in Form einer Nut mit halbkreisförmigem
Querschnitt ausgebildet, die beim Zusammenfügen von Gewindestutzen
12 und Bundstutzen 13 einen Teil des Dichtungskanales
22, der nachfolgend noch beschrieben wird, bildet.
Der Bundstutzen 13 weist einen Rohrabschnitt 23 und einen
Flanschabschnitt 24 auf. Der Rohrabschnitt 23 des Bundstut
zens 13 kann ebenfalls in eine Rohrleitung (nicht darge
stellt) eingeschweißt werden. Der Flanschabschnitt 24 ist
eine stufenförmige Erweiterung an der Außenfläche des Rohrab
schnittes 23. Der Flanschabschnitt 24 weist zum flanschsei
tigen Ende des Bundstutzens 13 einen Stufe 25 auf, die in
einen radial umlaufenden Steg 26 übergeht. Am Kopf des Steges
26 ist eine Dichtfläche 21b in Form einer Nut mit halbkreis
förmigem Querschnitt ausgebildet, die beim Zusammenfügen von
Gewindestutzen und Bundstutzen 12, 13 einen Teil des Dich
tungskanals 22 bildet.
Die Überwurfmutter 15 dient zur Verspannung von Gewinde- und
Bundstutzen 12, 13. Sie weist einen Gewindeabschnitt 27 mit
einem Innengewinde 28, sowie einen Anschlagbund 29 zur
Fixierung der Überwurfmutter 15 an dem Bundstutzen 13 auf.
Das Innengewinde 28 hat eine Hartmetallbeschichtung, um das
Fressen beim Verschrauben der Überwurfmutter 15 mit dem
Gewindestutzen 12 zu verhindern.
In Fig. 2 ist in vergrößertem Maßstab der vom Gewindestutzen
12 und vom Bundstutzen 13 gebildete Dichtungskanal 22 dar
gestellt. Sind der Gewindestutzen 12 und der Bundstutzen 13
zusammengefügt, wird der Dichtungskanal 22 im wesentlichen
von den beiden Dichtflächen 21a, 21b am Gewindestutzen 12
bzw. am Bundstutzen 13 gebildet. Der Dichtungskanal 22 mündet
zum Medienraum 20 hin in eine Dichtfuge 30. Er hat eine vom
unverformt halbkreisförmigen Querschnitt des Dichtrings 14
abweichende ovale Querschnittsform. Wie in Fig. 5 darge
stellt, wird der Dichtungskanal von zwei Kanalhälften gebildet,
die jeweils aus einem Halbkreisbogen 61a, 61b und daran
tangential anschließenden schwächer gekrümmten Abschnitten
59a, 59b, 60a, 60b bestehen. Die Mittelpunkte 62, 63 der
Halbkreisbögen 61a, 61b liegen dabei axial versetzt zueinan
der. Diese von der Halbkreisform abweichende Querschnittsform
ermöglicht die Ausbildung von zwei taschenartigen Haupt-
Ausdehnungsräumen 57a, 57b am Grund der jeweiligen Dichtungs
kanalhälfte. Die Dichtfuge 30 ist ein radial umlaufender
Spalt, der von einer Begrenzungskante 31a des Bundstutzens 13
und von einer Begrenzungskante 31b des Gewindestutzens 12
gebildet wird, die nach dem Zusammenführen von Bund und
Gewindestutzen 12, 13 einen Abstand voneinander einhalten.
Die Begrenzungskanten 31a, 31b haben einen gleichmäßigen
Radius, der im Bereich von einem Zwanzigstel bis einem
Drittel, vorzugsweise einem Zehntel bis einem Fünftel der
Querschnittsabmessung des Dichtringes 14 liegt. Der Dichtring
14 hat im unverformten Zustand einen kreisrunden Querschnitt.
Er hat im Vergleich zur Nennweite der Verschraubung 11 eine
Querschnittsabmessung, die im Bereich von einem Hundertfünf
zigstel bis einem Zehntel, insbesondere einem Hundertstel bis
ein Fünzigstel der Nennweite der Verschraubung 11 liegt.
Beispielsweise wären dies bei einer Nennweite der Verschrau
bung von 100 mm ein Millimeter. Im verformten Zustand, also
unter der Spannkraft beim Verschrauben ist am Dichtring 14
ein Wulst 32 ausgebildet, der in die Dichtfuge 30 hinein
reicht und mit den Innenwandungen von Gewinde- und Bundstut
zen 12, 13 fluchtet. Die Begrenzungskanten 31a und 31b des
Gewinde- bzw. Bundstutzens 12, 13 bilden am Übergang zwischen
diesem Wulst 32 und dem restlichen Dichtring 14 zwei sich
gegenüberliegende innere Haupt-Dichtflächen 34a, 34b, die die
eigentliche Dichtwirkung bewirken. Der Dichtfuge 30 gegen
überliegend mündet der Dichtungskanal 22 in den Neben-Ausdeh
nungsraum 35. Der Neben-Ausdehnungsraum 35 wird durch eine
dem Medienraum 20 abgewandte Begrenzungskante 36 am Steg 26
des Bundstutzens 13 und einem S-förmigen Übergang 37 zwischen
der Nut 21b und der radialen Seitenfläche 38 des Einschnittes
19 am Gewindestutzen 12 axial begrenzt.
Im verformten Zustand nimmt der Neben-Ausdehnungsraum 35
einen weiteren Wulst 39 des Dichtringes 14 auf. Die Begren
zungskante 36, der Dichtung 14 und der S-förmige Übergang 37
bilden am Übergang dieses Wulstes 39 zum restlichen Dichtring
14 zwei sich gegenüberliegende äußere Haupt-Dichtflächen 40a,
40b, die die eigentliche Dichtwirkung von außen nach innen
bewirken. Der Neben-Ausdehnungsraum 35 geht in eine axial
verlaufende Trennfuge 41 über, die beim Zusammenfügen von
Gewinde und Bundstutzen 12, 13 als Spalt zwischen einer
Seitenfläche des Steges 26 und der radialen Seitenfläche 38
des Einschnittes 19 gebildet wird. Die Seitenfläche 38 am
Gewindestutzen 12 ist abgeschrägt, um ein optimales Fixieren
von Gewinde und Bundstutzen 12, 13 sicherzustellen.
In den Fig. 3 und 4 ist eine Verbindung zwischen einem
Schauglas 43 und einem Behälterteil als weiteres Ausführungs
beispiel dargestellt. Die Verbindung besteht aus einem
Bundstutzen 42 mit einem Schauglas 43, einem Haltering 44 und
einem O-Ring 45. Das Schauglas 43 kann als Durchgangsschau
glas oder als Bullaugenschauglas verwendet werden. Als
Werkstoff wird vorzugsweise Borosilikatglas eingesetzt. Der
Bundstutzen 42 ist aus Stahl, beispielsweise aus einem Chrom-
Nickel-Molybdän-Stahl.
Der Bundstutzen 42 besitzt mittig eine Durchgangsöffnung 46,
in die das Schauglas 43 eingelassen ist. Der Bundstutzen 42
ist an einer Aufnahmeöffnung 47 eines Behälters 48 festgelegt
und wird durch den Haltering 44 fixiert. Die Aufnahmeöffnung
47 ist eine Art vom Behälter 48 vorstehendes Fenster, in das
der Bundstutzen 40 mit dem Schauglas 43 eingesetzt wird. Zur
Befestigung des Bundstutzens 42 dienen Befestigungsschrauben
53, 54, deren Schraubenkopf auf den Haltering 44 wirkt und
den Haltering 44 samt Bundstutzen 42 festlegt. Das Aufnahme
fenster 47 des Behälters 48 ist zum restlichen Behälter 48
hin durch eine keilförmige Spaltdichtung 49 abgedichtet.
Zwischen der Innenwandung des Aufnahmefensters 47 und der
Außenwandung des Bundstutzens 42 ist ein Dichtungskanal 50
ausgebildet (Fig. 4). Der Dichtungskanal 50 wird durch einen
radial umlaufenden Einstich am Bundstutzen 42 und einer
geraden und einer daran anschließenden schrägen Fläche am
Ende des Aufnahmefensters 47 gebildet. An den Dichtungskanal
50 schließen sich zur Medienseite hin eine Dichtfuge 51 und
dieser schräg gegenüber ein Aufnahmeraum 52 an, in die sich
der im Dichtungskanal 50 befindliche O-Ring 45 unter der
Spannkraft der Befestigungsschraube 53 hinein verformt.
Zur Herstellung der Verbindung werden die Ringnuten, d. h. die
Hälften des Dichtungskanals 22, durch Feindrehen, insbesonde
re mit einem Profilstahl, eingearbeitet. Dabei wird besonders
auf den auf dem Scheitel der Begrenzungskanten 31a, 31b
liegenden Radius geachtet, der sich nicht aus zwei seitlichen
Radien zusammenfügt, sondern mit einem Profilstahl vom
Scheitel her gebildet wird, also in Fig. 2 jeweils von oben
bzw. unten her. Dadurch ist sichergestellt, daß der vom
Medienraum her zuerst mit dem Dichtring 14 in Kontakt kommen
de Teil, also der Scheitel der Begrenzungskanten 31a, 31b
abgerundet und nicht spitz ist. Wenn die Begrenzungskanten
31a, 31b infolge der Toleranzen in der Fertigung sehr schmal
werden, wird durch die Radienbildung kein "Spitzbogen",
sondern ein ggf. flacher Rundbogen erzeugt. Die Dichtung kann
also dort auch bei der Verformung nicht eingeschnitten
werden, was nicht zu reinigende Bakteriennester bilden könnte.
Bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Verschraubung 11
wird zur Montage zunächst der Dichtring 14 in die nutförmige
Dichtfläche 21b mit halbkreisförmigem Querschnitt am Fuße des
Einschnitts 19 am Gewindestutzen 12 eingelegt. Dabei kommt
der Dichtring 14 lediglich mit den Haupt-Dichtflächen 34a,
34b, 40a, 40b in Kontakt, während zwischen den Neben-Dicht
flächen 58a, 58b und dem Dichtring 14 zunächst jeweils ein
Spalt besteht, der den Haupt-Ausdehnungsräumen 57a, 57b
entspricht. Danach wird der Bundstutzen 13 auf den Gewinde
stutzen 12 gesteckt, bis es zu einem metallischen Anschlag
zwischen dem Flanschabschnitt 24 des Bundstutzens 13 und dem
Gewindeabschnitt 17 des Gewindestutzens 12 kommt. Dabei
bildet sich zwischen der Seitenfläche des Einschnitts 19 des
Gewindestutzens 12 und der Seitenfläche des Steges 26 am
Bundstutzen 13 eine axial verlaufende Trennfuge 41 aus. Zur
Verspannung von Gewinde und Bundstutzen 12, 13 wird nun die
Überwurfmutter 15 auf das Außengewinde 18 des Gewindestutzens
12 geschraubt, bis sich ein metallischer Anschlag zwischen
dem Anschlag der Überwurfmutter 15 und dem Flansch am Bund
stutzen 13 bildet. Dabei wird der Dichtring 14 derart ver
formt, daß sich Teile des Dichtrings in die Haupt-Ausdeh
nungsräume 57a, 57b hineinverformen und sich ein Wulst 32 in
die Dichtfuge 30 am Medienraum 20 hineinverformt und ein
anderer Wulst 39 in den Neben-Ausdehnungsraum 35, der der
Dichtfuge 30 gegenüberliegt, hineinverformt. Die Anpreßkraft
verteilt sich derart, daß an den Haupt-Dichtflächen 34a, 34b,
40a, 40b die maximale Anpreßkraft (Fmax; Fig. 5) herrscht.
Dort drücken sich die Begrenzungskanten 31a, 31b, 36, 37 des
Gewinde- und Bundstutzens 12, 13 in den Dichtring 14 ein. An
den Neben-Dichtflächen 58a, 58b am Grund der Haupt-Ausdeh
nungsräume 57a, 57b hingegen wirkt eine minimale Anpreßkraft
(Fmin; Fig. 5).
Bei der in den Fig. 3 und 4 beschriebenen Verbindung
zwischen einem Schauglas 43 und einem Behälter 48 wird
zunächst der O-Ring 45 in den Bundstutzen 42 eingelegt.
Sodann wird der Bundstutzen 42 in das Aufnahmefenster 47 des
Behälters 48 eingeführt und wird an der schrägen Fläche am
Ende des Aufnahmefensters 47 in Einschubrichtung axial
fixiert. Danach wird der Haltering 44 in das Aufnahmefenster
47 auf den Bundstutzen geschoben und dieser mit Hilfe der
Befestigungsschrauben 53, 54 am Aufnahmefenster 47 fixiert.
Somit ist der Bundstutzen 47 auch entgegen der Einschubrich
tung gegen Herausfallen axial gesichert. Unter der Spannkraft
der Schraube 53, 54 verformt sich der O-Ring 45 im Dichtungs
kanal 50 derart, daß ein Wulst 55 in die Dichtfuge 51 am
Medienraum 20 und ein anderer Wulst 56 in den Ausdehnungsraum
52 der der Dichtfuge 51 schräg gegenüber liegt, hineinver
formt wird.
Claims (14)
1. Lösbare Verbindung für medienführende Teile, insbesonde
re für Aspektikanwendungen, mit einem an einem Dichtsitz
der Teile festlegbaren Dichtring (14), vorzugsweise
einem Rundschnur-Dichtring, zur Abdichtung der Teile,
wobei der Dichtsitz von einem den Dichtring (14) weitge
hend umschließenden Dichtungskanal (22) gebildet ist,
der sich aus Dichtflächen (21a, 21b) beider Teile
zusammensetzt, wobei zwischen den Teilen und zwischen
den Dichtflächen (21a, 21b) eine zum Medienraum (20) hin
weisende Dichtfuge (30) gebildet ist, in die sich der
Dichtring (14) hineinverformt, wenn die Teile axial auf
Anschlag gegeneinander verspannt werden, wobei sich an
einer von der Dichtfuge (30) abgewandten Seite an den
Dichtungsgkanal (22) eine Trennfuge (41) anschließt,
dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungskanal (22)
wenigstens einen von der unverformten Querschnittsform
des Dichtringes (14) abweichenden Ausdehnungsraum (35,
57a, 57b) aufweist, in den sich der Dichtring (14) unter
der Spannkraft zur Verbindung der Teile hineinverformt.
2. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
sich die Dichtflächen (21a, 21b) aus Haupt-Dichtflächen
(34a, 34b, 40a, 40b), die an die Dichtfuge (30) bzw.
Trennfuge (41) angrenzen und Neben-Dichtflächen (58a,
58b) zusammensetzen, die im Bereich des wenigstens einen
Ausdehnungsraums (35, 57a, 57b) liegen, wobei an den
vorzugsweise schmalen Haupt-Dichtflächen (34a, 34b, 40a,
40b) ein erhöhter Dichtungs-Anpreßdruck herrscht.
3. Verbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß der Ausdehnungsraum (35, 57a, 57b) derart
ausgebildet ist, daß sich der Dichtring (14) im wesent
lichen symmetrisch zu einer axialen und/oder radialen
Mittelachse seines Querschnitts verformt.
4. Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Haupt-Ausdeh
nungsraum (57a, 57b) durch eine von der Querschnitts
grundform des Dichtungsringes (14) abweichende Quer
schnittsform des ihn aufnehmenden Dichtungskanals (22)
gebildet ist, insbesondere durch ein gegenüber einer
Halbkreisform vertieftes Profil der den Dichtungskanal
(22) bildenden Kanalhälften.
5. Verbindung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
das Querschnittsprofil der Kanalhälfte aus einem Halb
kreisbogen (61a, 61b) und daran tangential anschließen
den geraden oder schwächer gekrümmten Abschnitten (59a,
59b, 60a, 60b) besteht, an deren Enden sich die Haupt-
Dichtflächen (34a, 34b, 40a, 40b) anschließen, die
vorzugsweise im Bereich von in den Dichtringquerschnitt
eingreifenden Abschnitten der Teile ausgebildet sind.
6. Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Neben-Ausdehnungsraum
(35) am Übergang zwischen Dichtungskanal (22) und
Trennfuge (41) vorgesehen ist und eine über den Ringka
nal (22) prägnant hervorragenden im Querschnitt wulst
förmige Vertiefung mit gerundeten Kanten bildet.
7. Verbindung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Vertiefung mit S-förmigem Übergang (37) in den
Dichtungskanal (22) übergeht.
8. Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Trennfuge (41) in
axialem Verlauf an den Neben-Ausdehnungsraum (35)
anschließt und vorzugsweise so eng, insbesondere nicht
weiter als ein Hundertstel bis ein Zehntel, insbesondere
ein Achzigstel bis ein Fünfzigstel der Querschnittsab
messung des Dichtrings (14), ist, daß die Verformung des
Dichtrings (14) vor ihr endet.
9. Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungskanal (22) und
sein Ausdehnungsraum (35, 57a, 57b) in Abhängigkeit von
den Abmessungen des Dichtringes (14) so bemessen sind,
daß die Oberfläche des sich in die Dichtfuge (30)
verformenden Teils des Dichtringes (14) im wesentlichen
mit den medienführenden Wandungen der Teile fluchtet.
10. Verbindung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die an die Dichtfläche (21a, 21b)
anschließenden Begrenzungskanten (31a, 31b, 36) der
Dichtfuge (30) mit einem gleichmäßigen, vorgegebenen und
von der toleranzverächtlichen Dicke der Kante unabhängi
gen Radius versehen sind.
11. Verbindung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
die Größe des Radius ein Zwanzigstel bis ein Drittel,
vorzugsweise ein Zehntel bis ein Fünftel der Querschnit
tsabmessung des Dichtringes (14) beträgt.
12. Verbindung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
die Querschnittsabmessung des Dichtringes (14) gering im
Vergleich zur Nennweite der medienführenden Teile ist,
vorzugsweise ein Einhundertfünfzigstel bis ein Zehntel,
insbesondere ein Einhundertstel bis ein Fünfzigstel der
Nennweite der medienführenden Teile beträgt.
13. Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (14) aus Hart
metall, insbesondere Ferro-Titanit ist und die Teile
unter der Spannkraft verformbar sind.
14. Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbindung der medien
führenden Teile eine Verschraubung (11) vorgesehen ist,
die insbesondere eine das Fressen beim Verschrauben (11)
verhindernde Beschichtung aufweist, vorzugsweise eine
Titan-Nitrid-Beschichtung ist.
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