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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flanschverbindung zur insbesondere gasdichten Verbindung von zwei Rohren, insbesondere Abgasrohren, mit einem ersten Flansch und einem zweiten Flansch mit zwei einander zugeordneten Anlageflächen und je mindestens einer an der zum zugehörigen Rohr weisenden Seite des Flansches vorgesehenen Schrägfläche zum Angriff von reziprok ausgebildeten Eingriffsflächen, welche auf der Innenseite eines um die Flansche herumlegbaren, radial zusammenziehbaren Spannbandes ausgebildet sind.
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Aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus der
DE 203 17 425 U1 , sind Flanschverbindungen bekannt, die im Allgemeinen als so genannte V-Flanschverbindungen ausgebildet sind, bei denen die beiden Flansche einander so gegenüberliegen, dass durch ihre Schrägflächen eine insgesamt im Profil V-förmige oder keilförmige, radial nach außen verjüngte Randkontur entsteht. Die Flanschverbindung wird mit Hilfe eines entsprechenden an seiner Innenseite V-förmig ausgebildeten Spannbandes fixiert, welches um die beiden Flansche so herumgelegt wird, dass es die V-förmige oder keilförmige Randkontur umklammert, und dann beispielsweise mit Hilfe einer Spannschraube radial zusammengezogen wird.
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Die Reibungskraft zwischen den Schrägflächen der Flansche und dem V-förmigen Spannband wird allerdings beim Zusammenziehen des Spannbandes immer größer, so dass die erforderliche Kraft zunimmt, wodurch die Herstellung der Flanschverbindung erschwert wird.
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Die Anpresskraft der Flansche wird unter anderem durch die Biegesteifigkeit des Spannbandes bestimmt. Wenn die Flansche hohen Temperaturen ausgesetzt werden, wie es beispielsweise bei Flanschverbindungen in Abgasanlagen der Fall ist, die Gastemperaturen von bis zu 900°C ausgesetzt sind, wird die Biegesteifigkeit des V-förmigen Spannbandes herabgesetzt, und das Band weitet sich durch thermische Ausdehnung der Flansche. Beim Abkühlen lockert sich dann die Flanschverbindung und es kann zu einer Leckage kommen. Wenn die Flanschverbindung häufig hohen Temperaturen ausgesetzt wird, nimmt die Qualität der Dichtung mit der Zeit ab.
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Die
DE 203 13 698 U1 zeigt eine V-Band-Schelle mit einem in Umfangsrichtung gewellten Band, an welchem die schrägen Eingriffsflächen ausgebildet sind. Die
DE 26 26 395 A1 zeigt eine lösbare Steckverbindung für zwei Rohre gleichen Durchmessers, die an ihren zugewandten Enden jeweils axial gegeneinander versetzte Laschen aufweisen, zwischen denen ein Stahldraht oder Stahlring zum gegeneinander Spannen der Rohre angeordnet ist.
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Die
EP 1 413 815 A1 offenbart eine Flanschverbindung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Flanschverbindung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, welche eine dauerhaft hohe Anpresskraft bei guter Kraftverteilung zwischen den beiden Flanschen und somit eine gute Abdichtung insbesondere auch bei hohen Temperaturen sicherstellt.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Flansche jeweils radiale Fortsätze aufweisen, dass die Fortsätze des ersten Flansches und die Fortsätze des zweiten Flansches in Umfangsrichtung der Flansche versetzt zueinander angeordnet sind und einander in axialer Richtung übergreifen, und dass die Schrägflächen jeweils an den Fortsätzen vorgesehen sind, so dass die Schrägflächen des ersten Flansches und die Schrägflächen des zweiten Flansches zueinander weisen.
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Durch die in axialer Richtung einander übergreifenden Fortsätze mit ihren zueinander weisenden Schrägflächen entsteht zwischen den Flanschen ein seitlich schräg begrenzter Ringraum, in den ein Spannband mit einem entsprechenden, insbesondere keilförmigen, Innenteil so eingesetzt werden kann, dass die an dem Innenteil ausgebildeten Eingriffsflächen jeweils an den Schrägflächen der Fortsätze zur Anlage kommen. Wenn nun das Spannband zusammengezogen wird, werden die an den Flanschen ausgebildeten Fortsätze durch das keilförmige Innenteil auseinander gedrückt und dadurch die Flansche aneinander gepresst. Wenn die Fortsätze sich – beispielsweise bei einer thermischen Ausdehnung der Flansche – auseinander bewegen, rutscht das Spannband tiefer in den Freiraum, und die beiden Flansche werden noch fester aneinandergepresst. Die an sich unerwünschten Effekte der thermischen Ausdehnung und abnehmenden Biegesteifigkeit bei hohen Temperaturen werden bei der erfindungsgemäßen Lösung also geschickt ausgenutzt, um den Anpressdruck der Flansche bei hohen Temperaturen noch weiter zu erhöhen.
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Die Eingriffsflächen des Spannbandes sind an mehreren auf dessen Innenseite vorgesehenen, sich in Umfangsrichtung erstreckenden Keilelementen ausgebildet. Ein solches Keilelement bildet zu den Schrägflächen an den Fortsätzen passende Eingriffsflächen mit verhältnismäßig großer Fläche, wodurch sich eine gute Krafteinleitung ergibt.
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Da über den Umfang der Flanschverbindung mehrere Keilelemente vorgesehen sind, kann die Reibung gut über den Umfang verteilt werden, insbesondere auch bei Flanschverbindungen mit nicht kreisförmigem Querschnitt.
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Bevorzugt können untereinander gleiche Keilelemente verwendet werden. Dadurch werden die Herstellungskosten verringert.
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Ein Keilelement besitzt eine Erstreckung in Umfangsrichtung, welche in etwa der Umfangserstreckung von zwei Fortsätzen entspricht. Dadurch ist einerseits eine gute Kraftverteilung gegeben und andererseits die Einleitung großer Kräfte ermöglicht. Die Keilelemente können vorteilhaft so angeordnet werden, dass der mittlere Abschnitt jedes Keilelementes einem Fortsatz des einen Flansches gegenüber liegt, während seine beiden Endabschnitte je einer Hälfte eines der beiden benachbarten Fortsätze des anderen Flansches gegenüber liegen.
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Daraus ergibt sich, dass vorzugsweise die Anzahl der Fortsätze pro Flansch in etwa der Anzahl der Keilelemente entspricht. Wenn beide Flansche die gleiche Anzahl von Fortsätzen besitzen, ist also jeweils ein Keilelement für je einen Fortsatz des ersten Flansches und des zweiten Flansches vorgesehen.
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Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Keilelemente an dem Spannband in Flanschumfangsrichtung verschiebbar gelagert. Durch eine solche verschiebbare Lagerung kann die auftretende Reibung beim Zusammenziehen des Spannbandes deutlich herabgesetzt werden. Falls mehrere Keilelemente vorgesehen sind, können diese in Umfangsrichtung voneinander beabstandet angeordnet werden, wobei der Abstand zwischen den Keilelementen sich dann beim Zusammenziehen des Spannbandes verringert. Zudem kann ein Spannband mit derart verschiebbar gelagerten Keilelementen leichter an eine unregelmäßige Querschnittsform der Flansche angepasst werden.
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Vorzugsweise sind in dem Spannband sich in Umfangsrichtung erstreckende Langlöcher ausgebildet, durch welche an den Keilelementen vorgesehene Kopfbolzen gesteckt sind. Durch eine solche Anordnung wird auf einfache Weise eine verliersichere, verschiebbare Lagerung der Keilelemente an dem Spannband realisiert. Jedes Keilelement kann in Umfangsrichtung entlang der Längserstreckung des dazugehörigen Langloches verschoben werden und ist dabei von dem Kopfbolzen gehalten.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens einer der Flansche einstückig mit einem dazugehörigen Rohrelement ausgebildet. Selbstverständlich können auch beide Flansche einstückig mit dem jeweils dazugehörigen Rohrelement ausgebildet sein. Damit kann eine Leckage ausschließlich zwischen den beiden Flanschen auftreten. Eine Undichtigkeit zwischen dem Flansch und dem dazugehörigen Rohr hingegen ist ausgeschlossen. Zudem entfällt der zusätzliche Arbeitsgang der Befestigung des Flansches an dem Rohr.
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Alternativ kann aber auch wenigstens einer der beiden Flansche mit dem jeweils dazugehörigen Rohrelement verschweißt sein. Eine solche Schweißverbindung stellt auch eine gute Abdichtung sicher und erlaubt die Verwendung von Standardrohrelementen.
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Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Spannband an einem Ende eine Führung auf, durch die eine Spannschraube geführt ist, und am anderen Ende ein Innengewinde, in welches die Spannschraube eingreift. Durch Anziehen der Spannschraube kann das Spannband somit auf einfache und bequeme Weise radial zusammengezogen werden.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung sind die Flansche im Wesentlichen kreisförmig. Bei standardisierten Rohren mit kreisförmigem Querschnitt bietet sich die Verwendung von kreisförmigen Flanschen an. Aufgrund der hohen Symmetrie ist die Herstellung sowohl der Flansche als auch des Spannbandes mit den Keilelementen vergleichsweise einfach.
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Alternativ können die Flansche aber auch einen nicht kreisförmigen Querschnitt besitzen, beispielsweise können sie oval oder ungleichmäßig geformt sein. Bei Spezialanwendungen werden gerade auch im Bereich der Abgasanlagentechnik zum Teil Rohre mit nicht kreisförmigem Querschnitt verwendet. So können beispielsweise Rohre mit einem ovalen oder unregelmäßig geformten Querschnitt und dazu passende Flansche verwendet werden. Gerade wenn mehrere beweglich gelagerte Keilelemente verwendet werden, stellt auch die Abdichtung einer Flanschverbindung mit zwei unregelmäßig geformten zueinander passenden Flanschen mit der erfindungsgemäßen Flanschverbindung kein Problem dar.
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Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind zwischen den Anlageflächen der beiden Flansche Dichtungselemente vorgesehen. Bei zusammengezogenem Spannband werden diese Dichtungselemente dann zwischen den beiden Anlageflächen zusammengepresst und sorgen für eine gute Abdichtung.
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Im Folgenden wird die Erfindung rein beispielhaft anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Die Zeichnungen zeigen im Einzelnen:
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1: einen Querschnitt in Längsrichtung durch eine Flanschverbindung mit zwei Rohrelementen;
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2: eine perspektivische Ansicht einer Flanschverbindung mit Spannring und zwei Flanschen;
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3: einen Querschnitt in radialer Richtung durch die Flanschverbindung aus 2;
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4: einen Querschnitt in radialer Richtung durch einen der Flansche aus den 1 bis 3;
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5: einen Querschnitt entlang der Linie V-V in 4;
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6: einen Querschnitt in radialer Richtung durch die Keilelemente des Spannbandes aus den 1 bis 3;
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7: einen Querschnitt entlang der Linie VII-VII in 6 in vergrößertem Maßstab.
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1 zeigt zwei über eine erfindungsgemäße Flanschverbindung miteinander verbundene Rohrelemente 10, 10' im Längsschnitt. Beide Rohrelemente 10, 10' besitzen einen kreisförmigen Querschnitt, wobei das in 1 links dargestellte Rohrelement 10 zwar einen größeren Durchmesser besitzt als das in 1 rechts dargestellte Rohrelement 10', sich aber an einem Ende verjüngt und mit diesem Ende in das entsprechend an einem Ende aufgeweitete, rechts dargestellte Rohrelement 10' eingesteckt ist. An den zueinander weisenden Rohrenden ist jeweils ein Flansch 30, 30' angeschweißt, der sich ringförmig um den gesamten Rohrumfang erstreckt.
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Die beiden Flansche 30, 30' liegen mit Anlageflächen 36, 36' aneinander an und besitzen jeweils radiale Fortsätze 32, 32', die in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet sind und einander in axialer Richtung übergreifen. Die Anordnung der Fortsätze 32 an dem Flansch 30 erinnert dabei, wie in 4 gut zu erkennen ist, an ein Zahnrad, wobei die Fortsätze 32, wie man in der Schnittansicht der 5 sieht, in Richtung des gegenüberliegenden Flansches 30' weisen. Der nicht separat dargestellte Flansch 30' ist im Wesentlichen gleich ausgebildet wie der in 4 und 5 gezeigte Flansch 30. Die Fortsätze 32, 32' sind jeweils mit Schrägflächen 34, 34' versehen, die am besten in 5 zu erkennen sind. Die Schrägflächen 34' des Flansches 30', der zu dem in 1 rechts angeordneten Rohrelement 10' gehört, weisen somit in Richtung dieses Rohrelementes 10' und liegen den Schrägflächen 34 des Flansches 30 gegenüber, der zu dem linken Rohrelement 10 gehört.
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Die beiden Flansche 30, 30' sind von einem ringartig um sie herum gelegten, radial zusammenziehbaren Spannband 20 umgeben. Zum Zusammenziehen des Spannbandes 20 dient eine in der perspektivischen Darstellung der 2 gut zu sehende Spannschraube 26, welche durch eine Führung 27 an einem Ende des Spannbandes 20 geführt ist und am gegenüberliegenden anderen Ende des Spannbandes 20 in ein Innengewinde 28 eingreift.
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An der Innenseite des Spannbandes 20 sind in der 6 separat dargestellte Keilelemente 22 angeordnet, welche schräg ausgebildete Eingriffsflächen 24 besitzen, die am besten in der 7 zu erkennen sind. Durch Anziehen der Spannschraube 26 wird das Spannband 20 um die Flansche 30, 30' gezogen und die Keilelemente 22 werden zwischen die einander gegenüber liegenden Schrägflächen 34, 34' der Fortsätze 32, 32' der Flansche 30, 30' gepresst. Die Eingriffsflächen 24 der Keilelemente 22 liegen bei angezogenem Spannband 20 dann an den Schrägflächen 34, 34' der beiden Flansche 30, 30' an.
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Die Fortsätze 32, 32' der beiden Flansche 30, 30' werden somit von den Keilelementen 22 auseinandergedrückt, wodurch die Flansche 30, 30' selbst ihrerseits aneinandergepresst werden. Falls sich die Flansche 30, 30' aufgrund hoher Temperaturen ausdehnen, rutschen die Keilelemente 22 tiefer zwischen die Fortsätze, so dass der Anpressdruck noch weiter verstärkt wird, da eine größere Kraft auf die Fortsätze 32, 32' wirkt und diese auseinanderdrückt.
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Zwischen den in 1 mit der Bezugsziffer 36, 36' bezeichneten Anlageflächen der Flansche 30, 30', die ebenfalls in 5 erkennbar sind, sind Dichtungselemente 39 vorgesehen, welche die Qualität der Abdichtung noch weiter verbessern.
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Wie am besten in 2 zu erkennen ist, sind die Keilelemente 22 in Umfangsrichtung beweglich gelagert. Für diese Lagerung sind in dem Spannband 20 in regelmäßigen Abständen sich in Umfangsrichtung erstreckende Langlöcher 25 ausgebildet, durch welche jeweils ein Kopfbolzen 23 gesteckt ist, der mit einem Keilelement 22 verbunden ist. Die Kopfbolzen 23 sind dabei jeweils in Umfangsrichtung in etwa in der Mitte der Keilelemente angebracht.
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Wie man in 3 und auch in der Zusammenschau der 4 und 6 erkennen kann, erstreckt sich ein Keilelement 22 in Umfangsrichtung in etwa über die Umfangserstreckung zweier Fortsätze 32, 32' der Flansche 30, 30'. Der Abstand zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Langlöchern 25 entspricht somit ebenfalls in etwa der Erstreckung in Umfangsrichtung von zwei Fortsätzen 32, 32', da zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Keilelementen 22 nur ein schmaler Spalt gelassen ist.
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Wie man in den 2 und 3 erkennt, ist das Spannband 20 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel so um die Flansche 30, 30' gelegt, dass jedes Keilelement 22 in Umfangsrichtung mittig über einem Fortsatz 32 des ersten Flansches 30 liegt und sich somit jeweils noch mit etwa einem Viertel seiner Umfangserstreckung über die beiden in Umfangsrichtung benachbarten Fortsätze 32' des zweiten Flansches 30' erstreckt, diese also jeweils zur Hälfte übergreift.
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Beide Flansche 30, 30' besitzen bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils acht Fortsätze 32, 32'. An dem Spannband 20 sind ebenfalls acht Keilelemente 22 vorgesehen, wie die 6 zeigt. Selbstverständlich ist auch eine größere oder kleinere Anzahl von Fortsätzen 32, 32' und Keilelementen 22 möglich. Insbesondere kann auch nur ein einziges ringartig umlaufendes Keilelement vorgesehen sein.
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Bezugszeichenliste
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- 10, 10'
- Rohrelemente
- 20
- Spannband
- 22
- Keilelement
- 23
- Kopfbolzen
- 24
- Eingriffsfläche
- 25
- Langloch
- 26
- Spannschraube
- 27
- Führung für Spannschraube 26
- 28
- Innengewinde für Spannschraube 26
- 30, 30'
- Flansche
- 32, 32'
- Fortsätze der Flansche 30, 30'
- 34, 34'
- Schrägflächen an den Fortsätzen 32, 32'
- 36, 36'
- Anlageflächen der Flansche 30, 30'
- 39
- Dichtungselemente
