DE102006049594A1

DE102006049594A1 - Flanschverbindung für Rohrleitungen

Info

Publication number: DE102006049594A1
Application number: DE102006049594A
Authority: DE
Inventors: Karl-Albert Reinert
Original assignee: Reinert Ritz GmbH
Current assignee: Reinert Ritz GmbH
Priority date: 2006-10-20
Filing date: 2006-10-20
Publication date: 2008-04-24
Also published as: EP1914465B1; ATE429608T1; EP1914465A1; DE502007000640D1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Flanschverbindung für Rohrleitungen, Behälter, Apparate o. dgl. aus Kunststoff, mit zwei Flanschen und zwei mittels diesen zu verbindenden Rohrstücken, insbesondere Losflanschverbindung mit Vorschweißbunden, wobei jedes Rohrstück einen Ringbund mit einer Dichtfläche und einer Flanschanlagefläche sowie einen zylindrischen Rohrabschnitt aufweist und die Flansche mittels Flanschverschraubungen gegeneinander und von außen gegen die Flanschanlageflächen der Ringbunde verspannbar sind, wobei der Mantel des zylindrischen Rohrabschnitts über eine Kehlnut in die Flanschanlagefläche übergeht, in welche die Kehlnut eingearbeitet ist, in die ein vom Flansch gebildeter Ringwulst eingreift. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Flanschverbindung zu schaffen, welche auch Innendrücken jenseits der Grenze von 16 bar sicher standhält. Diese Aufgabe wird gelöst von einer Flanschverbindung mit den Merkmalen des Anspruches 1, die sich dadurch kennzeichnet, dass jeder Flansch (15) eine Kammer aufweist, die von dem Ringwulst (21) und von einer dem Ringbund (12) zugeordneten von der Ringwulstwurzel in Richtung der Dichtfläche (14) geneigt verlaufenden Flanschinnenfläche (20) gebildet ist, und jeder Ringbund (12) einen in die Kammer formschlüssig eingreifenden Vorsprung ausbildet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Flanschverbindung für Rohrleitungen, Behälter, Apparate od. dgl. aus Kunststoff, mit zwei Flanschen und zwei mittels diesen zu verbindenden Rohrstücken, insbesondere Losflanschverbindung mit Vorschweißbunden, wobei jedes Rohrstück einen Ringbund mit einer Dichtfläche und einer Flanschanlagefläche, sowie einen zylindrischen Rohrabschnitt aufweist und die Flansche mittels Flanschverschraubungen gegeneinander und von außen gegen die Flanschanlageflächen der Ringbunde verspannbar sind, wobei der Mantel des zylindrischen Rohrabschnitts über eine Kehlnut in die Flanschanlagefläche übergeht, in welche die Kehlnut eingearbeitet ist, in die ein vom Flansch gebildeter Ringwulst eingreift.
Eine gattungsgemäße Flanschverbindung ist aus DE 597 03 375.7 bekannt. Der dort offenbarten Flanschverbindung liegt das Problem zugrunde, dass thermoplastischer Kunststoff unter hohen Druck- bzw. Zugspannungen ein Fließverhalten aufweist. Dies führt dazu, dass bei sehr hohen Fluiddrücken innerhalb thermoplastischer Kunststoffrohre die Vorschweißbunde sich mit der Zeit elastisch verformen und quasi zwischen den Flanschen herausziehen. In der Regel kommt es so zu Undichtigkeiten im Bereich der Flanschverbindung.
Diesem Problem konnte in DE 597 03 375.7 begegnet werden, indem die Vorschweißbunde, die im weiteren auch als Ringbunde bezeichnet werden, im Bereich des Überganges in den zylindrischen Rohrabschnitt mit einer umlaufenden Kehlnut versehen wurden, in welche Ringwülste geeigneter Flansche eingreifen.
Die so modifizierte Flanschverbindung hat sich in der Praxis vielfach bewährt und hält Rohrinnendrücken bis ca. 16 bar stand.
Es hat sich jedoch herausgestellt, dass sich bei höheren Innendrücken die Vorschweißbunde auch bei einer Flanschverbindung gemäß der vorzitierten Druckschrift elastisch verformen, was zu Undichtigkeiten führen kann.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ausgehend vom vorzitierten Stand der Technik, eine verbesserte Flanschverbindung insbesondere für Kunststoffrohre mit Vorschweißbunden zu schaffen, welche auch Innendrücken jenseits der Grenze von 16 bar sicher standhält.
Diese Aufgabe wird gelöst von einer Flanschverbindung mit den Merkmalen des Anspruches 1, die sich dadurch kennzeichnet, dass jeder Flansch eine im Querschnitt etwa keilförmige Kammer aufweist, die von dem Ringwulst und von einer dem Ringbund zugeordneten, von der Ringwulstwurzel in Richtung der Dichtfläche geneigt verlaufenden Flanschinnenfläche gebildet ist, und jeder Ringbund einen in die Kammer formschlüssig eingreifenden, im Querschnitt etwa keilförmigen Vorsprung ausbildet.
Auf Seiten des Flansches bildet sich so eine von Ringwulst und Flanschinnenfläche begrenzte, keilförmige Kammer, in welche sich der ringbundseitige, durch Kehlnut und Schrägfläche eine in etwa keilförmige Kontur aufweisende Vorsprung einkeilt. Die unter hohen Rohrinnendrücken auftretende Fließbewegung des Ringbundes führt zu einer Selbstkammerung des in etwa keilförmigen Vorsprunges im Flansch und verhindert so das Herausziehen des Ringbundes aus dem Flanschzwischenraum. Diese spezielle Ausgestaltung von Ringbund und Flansch gewährleistet auch bei sehr hohen Rohrinnendrücken jenseits der Grenze von 16 bar eine dichte und dauerhafte Flanschverbindung.
Als besonders vorteilhaft hat sich eine Ausführungsform erwiesen, bei welcher die Flanschinnenfläche eine Neigung zwischen 20° und 35° aufweist, wobei eine Neigung von etwa 27° bevorzugt ist.
Eine weitere Ausführungsform kennzeichnet sich dadurch, dass der Innendurchmesser des Flansches im Wesentlichen dem Außendurchmesser des zylindrischen Rohrabschnittes entspricht, und der Flansch an seinem Innenrand den in den in die Kehlnut eingreifenden Ringwulst aufweist, wodurch der Flansch eine möglichst hohe Kammer ausbilden kann.
Die Kammertiefe wird insbesondere von dem Ringwulst bestimmt, so dass gemäß bevorzugter Ausführungsformen die Länge des Ringwulstes etwa der Hälfte der axialen Breite des Flansches, einem Drittel der axialen Breite des Flansches oder zwei Dritteln der axialen Breite des Flansches entspricht.
Vorteilhaft weisen die Flanschanlageflächen und die Flanschinnenflächen eine korrespondierende Konturierung auf, mittels derer sich beide Flächen miteinander verzahnen.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. Es zeigt:
1 Einzelteile einer erfindungsgemäßen Flanschverbindung,
2 die Flanschverbindung gemäß 1 mit montierten Einzelteilen, und
3 eine Darstellung des Fließverhaltens der thermoplastischen Ringbunde der Flanschverbindung gemäß 2.
Eine Flanschverbindung ist in den Figuren durchgängig mit der Bezugsziffer 10 versehen.
Die in 1 mit ihren Einzelteilen in unmontiertem Zustand dargestellte Flanschverbindung 10 umfasst zunächst zwei Rohre 11 aus thermoplastischem Kunststoff, die mit jeweils einem Rohrstück 30, bestehend aus einem Rohrabschnitt 16 und einem Ring- bzw. Vorschweißbund 12 beispielsweise mittels Heizelement-Stumpfschweißung verbunden sind.
Der Ringbund 12 umfasst zwei im Wesentlichen in entgegengesetzte Richtungen weisende Flächen 13 und 14, von denen die zum Flansch 15 weisende Fläche als Flanschanlagefläche 13 und die dem Flansch 15 abgewandte Fläche als Dichtfläche 14 ausgebildet ist. Der Ringbund 12 weist weiterhin in seinem in den zylindrischen Rohrabschnitt 16 übergehenden Bereich eine umlaufende Kehlnut 17 auf.
Der Flansch 15 umfasst mehrere, auf seiner Umfangslinie verteilt angeordnete Bohrungen 18, welche – wie in 2 dargestellt – Schraubbolzen 19 aufnehmen, mittels derer die Flansche 15 und somit mittelbar die Ringbunde 12 gegeneinander verspannt und die Rohre 11 miteinander verbunden werden. Weiterhin bildet jeder Flansch 15 dem Ringbund 12 zugeordnete Flanschinnenflächen 20 aus. Jede Flanschinnenfläche 20 geht in einen im Bereich des Innenumfanges des Flansches 15 angeordneten Ringwulst 21 über, der in die Kehlnut 17 des Ringbundes 12 eingreift.
Die Flanschinnenfläche 20 des Flansches 15 ist ausgehend von der Ringwulstwurzel 31 in Richtung der Dichtfläche 14 geneigt, wobei die Ringwulstwurzel 31 als der Bereich definiert sei, in dem der Ringwulst 21 dem Flansch 15 entspringt. Gemeinsam mit dem Ringwulst 21 begrenzt die Flanschinnenfläche 20 eine zum Ringbund 12 hin geöffnete, im Querschnitt etwa keilförmige Kammer.
Die Flanschanlagefläche 13 des Ringbundes 12 ist demgegenüber ausgehend von der Öffnung der Kehlnut 17 in Richtung der Dichtfläche 14 geneigt. Begrenzt durch die Flanschanlagefläche 13 und die Kehlnut 17 bildet der Ringbund 12 so einen mit der Kammer korrespondierenden, in etwa keilförmigen Vorsprung 29 aus, der formschlüssig in die Kammer eingreift.
Bei Praxisversuchen hat sich gezeigt, dass eine Neigung der auch als Schrägflächen zu bezeichnenden Flanschanlageflächen 13 und Flanschinnenflächen 20 von 20° bis 35° vorteilhaft ist, wobei eine Neigung von ca. 27° eine bevorzugte Ausführungsform darstellt.
Um die Dichtigkeit der Flanschverbindung 10 zu gewährleisten, wird zwischen den Ringbunden 12 eine Dichtscheibe 22 eingesetzt. Die Dichtscheibe 22 besteht aus einem Polyethylen-Tragring 24 und der eigentlichen, aus einem Elastomer bestehenden, ringförmigen Dichtung 23.
In 2 sind die Einzelteile der Flanschverbindung zusammengesetzt dargestellt, wobei die Rohre 11 mittels der auf die Ringbunde 12 einwirkenden Flansche 15 gegeneinander verspannt sind.
In 3 ist die Flanschverbindung 10 in einer Belastungssituation dargestellt. Hohe Rohrinnendrücke üben auf die Flanschverbindung 10 Zugkräfte in Pfeilrichtung x und y aus. Das Fließverhalten der thermoplastischen Kunststoffrohre 11 führt dazu, dass die Ringbunde 12 tendenziell die Neigung haben, sich elastisch zu verformen und sich etwa in Richtung der Zugspannung x bzw. y aus dem Flanschzwischenraum herauszuziehen. Dies ist in 3 mittels der abgewinkelt dargestellten Innenumfangsflächen 25 der Rohre 11 und Außenumfangsflächen 26 der Ringbunde 12 sowie mittels des gegenüber 2 erweiterten Spaltes S schematisch angedeutet. Bezüglich der Zeichnungsebene waagerecht angeordnete Pfeile 27 und senkrecht angeordnete Pfeile 28 symbolisieren die auf die Flansche 15 wirkenden Kräfte.
Aus 3 wird deutlich, dass sich die keilförmigen, von der Dichtfläche 14 wegweisenden Vorsprünge 29 der Ringbunde 12 in den von den Flanschen 15 gebildeten Kammern verkeilen. Dieser auch als Selbstkammerung der Ringbunde 12 zu bezeichnende Vorgang verhindert auch unter sehr hohen Drücken jenseits der bislang kritischen Grenze von etwa 16 bar Rohrinnendruck ein Herausziehen bzw. Herausfließen der Ringbunde 12 aus dem Flanschzwischenraum. Die mittels der Schraubbolzen 19 und der Flansche 15 auf die Ringbunde übertragene Zugspannung zur dichtenden Verbindung der beiden Rohre 11 bleibt so in ausreichendem Maße vorhanden.
Es ist offensichtlich, dass flanschseitig möglichst große Kammern und bundseitig möglichst große Vorsprünge 29 von Vorteil sind. Deshalb entspricht der Innendurchmesser der Flansche 15 im Wesentlichen dem Außendurchmesser der Rohre und die Flansche 15 weisen im Bereich ihres Innenumfanges, bevorzugt an ihrem Innenrand, die in die Kehlnuten 17 eingreifenden Ringwülste 21 auf.
Die Kammertiefe wird wesentlich von der axialen Ringwulstlänge beeinflusst. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt die Länge des Ringwulstes 21 etwas ein Drittel der axialen Breite des Flansches 15. Bei weiteren bevorzugten, jedoch nicht dargestellten Ausführungsformen ist eine axiale Ringwulstlänge von etwa der Hälfte bis zwei Dritteln der axialen Breite des Flansches 15 vorgesehen.
Um eine Verzahnung von Flanschinnenfläche 20 und Flanschanlagefläche 13 zu erreichen, sieht eine nicht dargestellte Ausführungsform vor, beide Flächen korrespondierend zu konturieren.

Claims

Flanschverbindung (10) für Rohrleitungen (11), Behälter, Apparate od. dgl. aus Kunststoff, mit zwei Flanschen (15) und zwei mittels diesen zu verbindenden Rohrstücken (30), insbesondere Losflanschverbindung mit Vorschweißbunden, wobei jedes Rohrstück (30) einen Ringbund (12) mit einer Dichtfläche (14) und einer Flanschanlagefläche (13), sowie einen zylindrischen Rohrabschnitt (16) aufweist und die Flansche (15) mittels Flanschverschraubungen (19) gegeneinander und von außen gegen die Flanschanlageflächen (13) der Ringbunde (12) verspannbar sind, wobei der Mantel des zylindrischen Rohrabschnitts (16) über eine Kehlnut (17) in die Flanschanlagefläche (13) übergeht, in welche die Kehlnut (17) eingearbeitet ist, in die ein vom Flansch (15) gebildeter Ringwulst (21) eingreift, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Flansch (15) eine im Querschnitt etwa keilförmige Kammer aufweist, die von dem Ringwulst (21) und von einer dem Ringbund (12) zugeordneten, von der Ringwulstwurzel in Richtung der Dichtfläche (14) geneigt verlaufenden Flanschinnenfläche (20) gebildet ist, und jeder Ringbund (12) einen in die Kammer formschlüssig eingreifenden, im Querschnitt etwa keilförmigen Vorsprung (29) ausbildet.
Flanschverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanschinnenfläche (20) eine Neigung zwischen 20° und 35° aufweist.
Flanschverbindung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanschinnenfläche (20) eine Neigung von etwa 27° aufweist.
Flanschverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser des Flansches (15) im wesentlichen dem Außendurchmesser des zylindrischen Rohrabschnittes (16) entspricht, und der Flansch (15) an seinem Innenrand den in den in die Kehlnut (17) eingreifenden Ringwulst (21) aufweist.
Flanschverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Ringwulstes (21) etwa der Hälfte der axialen Breite des Flansches (15) entspricht.
Flanschverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Ringwulstes (21) etwa zwei Dritteln der axialen Breite des Flansches (15) entspricht.
Flanschverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Ringwulstes (21) etwa einem Drittel der axialen Breite des Flansches (15) entspricht.
Flanschverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanschinnenfläche (20) und die Flanschanlagefläche (13) konturiert ausgebildet sind.