DE102009020416A1

DE102009020416A1 - Flanschverbindung

Info

Publication number: DE102009020416A1
Application number: DE102009020416A
Authority: DE
Inventors: Günter KAPPLER
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2009-05-08
Filing date: 2009-05-08
Publication date: 2010-11-18

Abstract

Die Flanschverbindung zur Verbindung zweier Rohrstücke (4, 8) weist einen ersten (20) und einen zweiten Flansch (30) auf, wobei der erste Flansch (20) eine kugelsegmentförmig ausgebildete, dem zweiten Flansch (30) zugewandte konvexe oder konkave erste Anlagefläche (26) aufweist und der zweite Flansch (30) eine kugelsegmentförmig ausgebildete, dem ersten Flansch (20) zugewandte und der ersten Anlagefläche (26) entsprechende konkave oder konvexe zweite Anlagefläche (36) und an seiner von der zweiten Anlagefläche (36) abgewandten Seite eine der zweiten Anlagefläche (36) entsprechend ausgebildete konvexe oder konkave dritte Anlagefläche (38) aufweist, und enthält weiter einen Spannring (40) mit einer kugelsegmentförmigen konkaven oder konvexen vierten Anlagefläche (46), wobei der erste Flansch (20), der zweite Flansch (30) und der Spannring (40) mittels eines den zweiten Flansch (30) durchdringenden Bolzens (57) zusammenspannbar sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flanschverbindung zum Verbinden zweier Rohrstücke, insbesondere in einer Abgasanlage einer Brennkraftstoffmaschine.
Die DE 199 11 814 A1 beschreibt eine Flanschverbindung zum Verbinden zweier Abgasleitungsrohrstücke einer Brennkraftmaschine, wobei die Rohrstücke an ihren zugewandten Enden jeweils ein angeschweißtes Flanschbauteil aufweisen. Die zwei Flanschbauteile liegen mit kugelsegmentförmigen Abschnitten aneinander an und sind mittels zweier Schrauben-Mutter-Verbindungen miteinander verbunden. Zwischen den Flanschbauteilen und den Schrauben einerseits sowie den Muttern andererseits sind kegelsegmentförmige Einsatzstücke vorgesehen, die jeweils mit ihren kegelsegmentförmigen Oberflächenabschnitten in entsprechend geformten Aussparungen in den Flanschbauteilen liegen.
In der DE 199 54 317 A1 wird eine Flanschverbindung zum Verbinden zweier Leitungsteile einer Abgasanlage für Brennkraftmaschinen beschrieben, wobei es sich bei dem einen Leitungsteil um einen sogenannten luftspaltisolierten Abgaskrümmer handelt. Das andere Leitungsteil ist zwischen einem ersten Flanschelement und einem zweiten Flanschelement eingeklemmt. Hierzu ist das andere Leitungsteil an seiner dem ersten Flanschelement zugewandten Seite tulpenartig aufgeweitet, so dass es mit einem kugelsegmentförmigen Vorsprung des ersten Flanschelementes korrespondiert. Das erste Flanschelement ist mit dem ersten Leitungsteil fest verbunden. Das zweite Flanschelement weist eine zentrale Bohrung auf, die das Durchführen des zweiten Leitungsteils ermöglicht. Zum Verbinden des ersten Flanschelements mit dem zweiten Flanschelement sind als Schrauben ausgebildete Verbindungselemente vorgesehen.
In der DE 41 21 500 A1 ist eine Flanschverbindung zum Verbinden zweier Leitungsteilrohrstücke gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben. Die Flanschverbindung weist einen ersten und einen zweiten Flansch auf. Der erste Flansch, der an einem Ende des ersten Rohrstückes fest angebracht ist, weist eine kugelsegmentförmige erste Anlagefläche auf. Der zweite Flansch, der fest an einem Ende des zweiten Rohrstückes angebracht ist, weist eine zur ersten Anlagefläche korrespondierende kugelsegmentförmige zweite Anlagefläche auf. Das erste Flanschelement weist weiterhin eine in der ersten Anlagefläche ausgebildete Ringnut auf, in der ein Dichtungsring derart angeordnet ist, dass dieser über die erste Anlagefläche vorsteht.
Der Außenumfang des ersten Flansch weist ein Außengewinde auf, in das ein Innengewinde eines Spannrings einschraubbar ist, der mit einem radial einwärts vorstehenden Vorsprung in Anlage an eine von der zweiten Anlagefläche abgewandte dritte Anlagefläche des zweiten Flansches bringbar ist und beim Festschrauben die erste und zweite Anlagefläche mit dem dazwischen angeordneten Dichtungsring gegeneinander drückt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine im Aufbau einfache Flanschverbindung zu schaffen, die ein sicheres Verbinden zweier Rohrleitungen ermöglicht, auch wenn diese nicht genau miteinander fluchten.
Eine Lösung dieser Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erzielt.
Die Unteransprüche sind auf vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Flanschverbindung gerichtet.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer schematischen Zeichnung beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert.
1 stellt einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Flanschverbindung dar.
Eine insgesamt mit 2 bezeichnete Flanschverbindung verbindet ein erstes Rohrstück 4 mit einem zweiten Rohrstück 8.
An einem Ende 6 des ersten Rohrstücks 4 ist ein erster Flansch 20, z. B. mittels Schweißen, dichtend befestigt.
An der Innenseite eines sich axial erstreckenden Rohranschlussbereiches 22 des ersten Flansches 20 ist eine radiale ringförmige Ausnehmung 28 ausgebildet, deren Tiefe vorzugsweise in etwa der Dicke des ersten Rohrstücks 4 entspricht.
An den Rohranschlussbereich 22 des ersten Flansches 20 schließt radial nach außen ein Flanschbereich an, dessen vom ersten Rohrstück 4 abgewandte Stirnseite eine schräg radial nach außen verlaufende kugelsegmentförmige konvexe erste Anlagefläche 26 bildet. Die erste Anlagefläche 26 ist bevorzugt mit einem Winkel von mindestens 45° Grad zur Langsachse des ersten Rohrstücks 4 geneigt. An der dem ersten Rohrstück 4 zugewandten Seite des Flanschbereichs ist ein Ringansatz 24 mit einer ringförmigen Stirnfläche 25 ausgebildet, die vorzugsweise senkrecht zur Längsachse des ersten Rohrstücks 4 gerichtet ist.
Die erste Anlagefläche 26 weist im Übergangsbereich zwischen dem Rohranschlussbereich 22 und dem Flanschbereich eine Ringnut 23 auf, in der ein Dichtungsring 60 derart angeordnet ist, dass er etwas aus der ersten Anlagefläche 26 vorsteht.
An einem dem ersten Rohrstück 4 zugewandten Ende 10 des zweiten Rohrstücks 8 ist ein zweiter Flansch 30 angeordnet. Der zweite Flansch 30 weist einen axial gerichteten Rohranschlussbereich 32 auf, dessen innere Umfangsseite an der äußeren Umfangsseite des zweiten Rohrstücks 8 anliegt und mit dieser dichtend verschweißt ist.
An den Rohranschlussbereich 32 schließt sich ein schräg radial nach außen gerichteter Flanschbereich 34 an. Eine dem ersten Flansch 20 zugekehrte Seite 38 des Flanschbereiches 34 bildet korrespondierend zur ersten Anlagefläche 26 eine kugelsegmentförmige konkave zweite Anlagefläche 36. Eine dem ersten Flansch 20 abgewandte Seite des Flanschbereiches 34 bildet eine kugelsegmentförmige konvexe dritte Anlagefläche 38.
Ein Spannring 40 weist eine zentrale Bohrung auf, deren Durchmesser größer als der Außendurchmesser des Rohranschlussbereiches 32 des zweiten Flansches 30 ist, so dass er auf das Rohrstück 8 bzw. auf den zweiten Flansch 30 mit Spiel aufschiebbar ist. An einem das Rohrstück 8 und Flansch 30 umgebenen Halsbereich 42 des Spannrings 40 schließt sich radial nach außen erstreckend ein Flanschbereich an, dessen dem zweiten Flansch 30 zugekehrte Seite bildet korrespondierend zu der dritten Anlagefläche 38 eine kugelsegmentförmige konkave vierte Anlagefläche 46. Eine dem zweiten Flansch 30 abgewandte Seite des Flanschbereichs des Spannrings 40 ist mit einem Ringansatz 44 ausgebildet, der in einer Stirnfläche 48 endet. Vorzugsweise erstreckt sich die zweite Stirnfläche 48 im montierten Zustand der Flanschverbindung etwa senkrecht zur Längsachse des zweiten Rohrstücks 8.
Die Kugelradien der kugelsegmentförmig ausgebildeten Anlageflächen 26, 36, 38, 46 haben im montierten Zustand vorzugsweise einen gemeinsamen Mittelpunkt, der auf der Längsachse des ersten Rohrstücks 4 liegt.
Der Ringansatz 24 des ersten Flansches 20, der Flanschbereich 34 des zweiten Flansches 30 und der Ringansatz 44 des Spannrings 40 weisen jeweils in Umfangsrichtung gleich beanstandete, axial gerichtete Bohrungen 50, 52, 54 auf. Bei fluchtenden Längsachsen der Rohrstücke 4, 8 haben die Bohrungen 50, 52, 54 jeweils eine gemeinsame Längsachse 8. Durch diese Bohrungen 50, 52, 54 kann ein (Schraub-)Bolzen 57 durchgeführt werden, an dessen einen Ende ein Schraubkopf 56 ausgebildet ist, der im montierten Zustand der Flanschverbindung an der ersten Stirnfläche 25 anliegt. An dem anderen Ende des Bolzens 57 ist ein Gewinde ausgebildet, das mit einem Innengewinde einer Mutter 58 verschraubt werden kann. Im montierten Zustand liegt die Mutter 58 an der zweiten Stirnfläche 48 an. Vorzugsweise sind die Durchmesser der Bohrungen 52, 54 des zweiten Flansches 30 bzw. des Spannrings 40 größer als ein Außendurchmesser des Bolzens 57, so dass sich ein Spiel ergibt. Der Innendurchmesser der Bohrung 50 des ersten Flansches 20 kann etwa gleich dem Außendurchmesser des Bolzens 57 sein.
Aufgrund des Übermaßes der Bohrungen 52, 54 sowie der kugelsegmentförmigen Anlageflächen 26, 36, 38, 46 können die Rohrstücke 4, 8 mittels der Flanschverbindung mit Winkelversatz verschraubt werden, ohne dass sich die Flansche 20, 30 miteinander verspannen bzw. verklemmen. Durch die großflächigen Anlageflächen 26 und 36 und den großen Winkel zwischen der Achse des Schraubbolzens und den Anlageflächen werden hohe Anpresskräfte zwischen den jeweiligen Anlageflächen erreicht und Kräfte parallel zu den Anlageflächen vermindert. Damit wird ein optimaler, sicherer Halt und eine hohe Dichtheit der Flanschverbindung erreicht werden.
Die Flansche 20, 30 und der Spannring 40 können aus Feinguss ausgebildet sein. Insbesondere der zweite Flansch 30 kann alternativ als einfaches Blechpressteil (Blechformteil) ausgebildet sein. Vorzugsweise verformen sich die Anlagenflächen 36, 38 des zweiten Flansches 30 erst beim Zusammenspannen der Flanschverbindung zu der kugelsegmentförmigen Gestalt. Damit wird eine aufwendige (Vor-)Fertigung des zweiten Flansches 30 und die damit verbundenen Kosten eingespart.
Die beispielhaft beschriebene Flanschverbindung kann vielfältig abgeändert werden:
Die Bohrung 54 kann ein Innengewinde aufweisen, in das das Gewinde des Bolzens 57 eingedreht werden kann, so dass die Mutter 58 entfallen kann. Die Bohrung 50 wird dann vorteilhafterweise mit radialem Übermaß ausgebildet.
Die kugelsegmentförmigen konkaven bzw. konvexen Anlageflächen können in umgekehrter Reihenfolge konvex bzw. konkav ausgebildet werden. In diesem Fall sind die Anlageflächen bevorzugt mit einem Winkel von mindestens 45° Grad zur Längsachse des zweiten Rohrstücks 8 geneigt und der gemeinsame Krümmungsmittelpunkt der Anlageflächen 26, 36, 38, 46 liegt dann auf der Längsachse des zweiten Rohrstücks 8.
Ein gemeinsamer Krümmungsmitelpunkt ist nicht zwingend. Der Dichtungsring 60 ist ebenfalls nicht zwingend.
Der Spannring 40 kann auch aus mehreren Segmenten mit jeweiliger Bohrung 52 bestehen, so dass der Spannring 40 nicht über die ganze Fläche der dritten Anlagefläche 38 anliegt.

4: erstes Rohrstück
6: Ende
8: zweites Rohrstück
10: Ende
20: erster Flansch
22: Rohranschlussbereich
23: Ringnut
24: Ringansatz
25: Stirnfläche
26: erste Anlagefläche
28: Ausnehmung
30: zweiter Flansch
32: Rohranschlussbereich
34: Flanschbereich
36: zweite Anlagefläche
38: dritte Anlagefläche
40: Spannring
42: Halsbereich
44: Ringansatz
46: vierte Anlagefläche
48: Stirnfläche
50: Bohrung
52: Bohrung
54: Bohrung
56: Schraubenkopf
57: Bolzen
58: Mutter
60: Dichtungsring
B: Längsachse
L: Längsachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19911814 A1 [0002]
- DE 19954317 A1 [0003]
- DE 4121500 A1 [0004]

Claims

Flanschverbindung zur Verbindung zweier Rohrstücke (4, 8), mit einem ersten (20) und einem zweiten Flansch (30), die an sich zugewandten Enden der Rohrstücke (4, 8) befestigbar sind, wobei der erste Flansch (20) eine kugelsegmentförmig ausgebildete, dem zweiten Flansch (30) zugewandte konvexe oder konkave erste Anlagefläche (26) aufweist, und der zweite Flansch (30) eine kugelsegmentförmig ausgebildete, dem ersten Flansch (20) zugewandte und der ersten Anlagefläche (26) entsprechende konkave oder konvexe zweite Anlagefläche (36) und an seiner von der zweiten Anlagefläche (36) abgewandten Seite eine der zweiten Anlagefläche (36) entsprechend ausgebildete konvexe oder konkave dritte Anlagefläche (38) aufweist, und einer einen Spannring (40) enthaltenen Spannvorrichtung, die geeignet ist, die erste (26) und zweite Anlagefläche (36) in gegenseitige Anlage zu spannen, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannring (40) eine kugelsegmentförmige, der dritten Anlagefläche (38) zugewandte konkave oder konvexe vierte Anlagefläche (46) aufweist, und der erste Flansch (20), der zweite Flansch (30) und der Spannring (40) mittels eines den zweiten Flansch (30) durchdringenden Bolzens (57) zusammenspannbar sind.
Flanschverbindung nach Anspruch 1, wobei der zweite Flansch (30) ein Blechformteil ist.
Flanschverbindung nach Anspruch 2, wobei die Anlagenflächen (36, 38) des zweiten Flansches (30) sich erst bei dem Zusammenspannen zu der kugelsegmentförmigen Gestalt verformen.
Flanschverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der Bolzen (57) den ersten Flansch (20), den zweiten Flansch (30) und den Spannring (40) durchdringt.
Flanschverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der zumindest ein Durchmesser einer von dem Bolzen (57) durchdrungenen Bohrung (52) größer ist als ein Durchmesser des Bolzens (57).
Flanschverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der der Bolzen (57) ein mit einer Mutter (58) verschraubter Schraubbolzen (57) ist.
Flanschverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der eine ringförmige Dichtung (60) zwischen dem ersten (20) und zweiten (30) Flansch angeordnet ist.
Flanschverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die erste (26), zweite (36), dritte (38) und vierte Anlagefläche (46) mit einem Winkel von mindestens 45° Grad zur Rohrlängsachse (L) geneigt sind.
Flanschverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der die kugelsegmentförmigen Anlageflächen (26, 36, 38, 46) einen gemeinsamen Krümmungsmittelpunkt haben.