-
Die
Erfindung bezieht sich auf eine Flanschverbindung gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruches 1.
-
Mit
Elastomeren gedichtete Flanschverbindungen zur einfachen, raschen
und dichten Verbindung von zwei Rohrteilen sind schon seit langem
und in verschiedenster Art bekannt und werden insbesondere in der
Vakuumtechnik beim Aufbau von Vakuumsystemen verwendet.
-
Derartige
Elastomer gedichtete Flanschverbindungen sind beispielsweise als
Kleinflanschverbindungen, bezeichnet als ISO-KF-Flansche und als Schraubflanschverbindungen,
beispielsweise als ISO-K-Flansche bezeichnet, international über
PNEUROP (www.pneurop.org) oder ISO (www.iso.org) genormt
und werden in der Vakuum-Industrie angewendet.
-
Die
Haupt-Nennweiten bei den Kleinflanschverbindungen sind:
DN
10/16/25/40/50 ISO-KF und die Neben-Nennweiten:
DN
20/32 ISO-KF. Die Abmessungen sind nach
DIN 28403 und
auch nach
ISO 2861/I festgelegt. Die beiden Rohrenden
tragen Flansche mit konischen Anzugsflächen auf welche
eine ringförmige, lösbare Spannklammer wirkt.
Zwischen den Flanschflächen wird ein Zentrierring mit einer ringförmigen
gummielastischen Dichtung angeordnet. Dadurch werden die Rohrachsen
zur Deckung gebracht, die gummielastische Dichtung abgestützt und
dessen Zusammendrücken begrenzt beim Anziehen der Spannklammer.
Die Dicke des Zentrierringes bestimmt den Flanschabstand und ist
beispielsweise nach heutiger
ISO-Norm mit 3.9 mm
festgelegt. Spannklammern umschließen die Flansche und können
auch mehrteilig, kettenartig ausgebildet sein. Bei Druckanwendungen
wird der Zentrierring mit Vorteil im äußeren Bereich
der Flansche vorgesehen und die Dichtung liegt dann im Innenbereich
und wird durch den Innendruck an den Zentrierring gedrückt. Bei
Vakuumanwendungen liegt der Zentrierring im Innenbereich und die
Dichtung wird gegen innen abgestützt. Eine derartige Kleinflanschverbindung
ist beispielsweise in der Patentschrift
CH 448 638 beschrieben. Eine weitere
Beschreibung ist ersichtlich im Buch
"Theorie und
Praxis der Vakuumtechnik" von Wutz – Adam – Walcher,
Vieweg Verlag, 2. Auflage 1982 (ISBN 3-528-04884-0) Seite 475.
-
Die
Haupt-Nennweiten gemäß der Norm für Schraubflanschverbindungen
sind: DN 63 ISO-K/100/160/200/250/320/400/500/630 ISO-K. Wobei
K für Klammerflansch steht für die lösbare
Befestigung mittels verschraubbaren Flanschen, Klammern oder Pratzen.
Die Abmessungen sind nach DIN 28404 und auch nach ISO
1609/3669 festgelegt. Eine Beschreibung derartiger Schraubflanschverbindungen
ist ersichtlich im Buch "Theorie und Praxis der
Vakuumtechnik" von Wutz – Adam – Walcher, Vieweg
Verlag, 2. Auflage 1982 (ISBN 3-528-04884-0) Seite 476–477.
Gemäß dieser Normung wird unterschieden zwischen:
- a) Anordnung mit sogenannten Festflanschen
die je an einem der zu verbindenden Rohrenden befestigt sind. Diese
haben einen festen Loch-Teilkreis, der zur Aufnahme von Schrauben
dient mit welchen eine ringförmige Dichtung verpresst wird, die
zwischen den beiden Festflanschen liegt, wie dies schon zuvor beschrieben
wurde für die Kleinflanschverbindung.
- b) Anordnung mit sogenannten Klammerflanschen. Diese weisen
eine umlaufende nutartige Flanscheindrehung auf, in die seitlich
verschraubbare Spannklammern eingehakt und dann festgezogen werden.
Derartige Flansche sind vor dem Festziehen drehbar.
- c) Anordnung mit sogenannten Überwurfflanschen. Diese
sind mit einem Lochteilkreis versehen und können gegeneinander
verschraubt werden. Vor dem Festziehen sind die Flansche drehbar.
Es können beispielsweise ein Festflansch (z. B. nach ISO-F oder DIN
2501) und ein Überwurfflansch kombiniert werden.
-
Die
verschiedenen Ausführungsarten der Flanschtypen bzw. der
Verschraubungsarten gemäß a bis c können
untereinander nach Bedarf kombiniert werden.
-
Bei
diesen bekannten Flanschverbindungen werden mehrere verschieden
ausgebildete Zentrierringe benötigt zur Aufnahme und Positionierung
der Elastomerdichtung. Für Kleinflanschverbindungen werden
beispielsweise fünf verschiedene Zentrierringe benötigt,
um alle wichtigen Anwendungen abdecken zu können, wie für
Vakuum, großen Überdruck, verschiedene benötigte
Materialien je nach Aggressivität des Mediums in der Leitung,
sowie Übergangs-Zentrierringe wenn unterschiedliche Flanschnennweiten
verbunden werden sollen.
-
Es
ist vakuumtechnisch unerwünscht, dass bei diesen bekannten
Kleinflanschverbindungen und Schraubflanschverbindungen Bereiche
mit Hohlräumen entstehen, welche dadurch eingeschlossene Gase
unkontrolliert abgeben und hierdurch Quellen von virtuellen Lecks
darstellen. Derartige virtuelle Lecks entstehen vor allem mit der
Konfiguration des oft benutzten Innen-Zentrierringes. Derartige
Lecke führen zu unerwünschten Verunreinigungen
und langen Abpumpzeiten bei der Vakuumerzeugung und sind praktisch
sehr schwierig zu lokalisieren. In der Vakuumtechnik geht es um höchst
reine Prozessanwendungen und deshalb sind derartige Leckstellen sehr
gefürchtet. In Vakuumprozesssystemen sind oft eine Vielzahl
von Verbindungsstellen notwendig und es ist äußerst
wichtig derartige unkontrollierte virtuellen Lecke zu vermeiden.
-
Es
ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des
Standes der Technik zu beseitigen. Insbesondere stellt sich die
vorliegende Erfindung die Aufgabe, eine Flanschverbindung bereit zu
stellen, bei welcher keine virtuellen Lecke auftreten, die alle
vorerwähnten Anwendungsvarianten abdeckt unter Einsatz
möglichst derselben Teile, und dass die Flanschverbindung
einfach, rasch und sicher erstellt und auch gelöst werden
kann. Außerdem soll die Flanschverbindung wirtschaftlich
herstellbar sein und bewirtschaftet werden können.
-
Die
Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Flanschverbindung
gemäß dem kennzeichnenden Merkmal des Patentanspruches
1 gelöst. Die abhängigen Patentansprüche
beziehen sich auf vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Erfindung.
-
Erfindungsgemäß umfasst
eine Flanschverbindung zwei Rohrenden mit Rohrachsen an denen je
ein Flansch angeordnet ist, welche lösbar dichtend miteinander
verbunden sind. In radialer Richtung zu den Rohrachsen weisen die
Flansche Flanschflächen auf und sind einander gegenüberliegend
positioniert angeordnet, wobei diese einen Zentrierring mit einem
Elastomerdichtungsring, diesen mindestens teilweise berührend,
einschließen. Beide Flansche weisen Mittel auf, zur lösbaren
Verspannung der beiden Flanschflächen gegeneinander, derart
dass die Flanschflächen am Zentrierring anliegen und dadurch
auf einem vorgegebenen Flanschabstand gehalten sind, und dass der
Elastomerdichtungsring an den Flanschflächen in Richtung
parallel zu der Rohrachsen dichtend verpresst ist. Der Zentrierring
ist derart positioniert, dass dieser an der Peripherie der Flansche
mindestens teilweise anliegt. Am Zentrierring sind ringförmig
in radialer Richtung zur Rohrachse, vorzugsweise zentrisch, nach
innen gerichtete Tragmittel angeordnet, um welche der Elastomerdichtungsring,
im Querschnitt U-förmig ausgebildet angeordnet ist, derart
dass an den Seitenflanken der U-Form auf beiden Seiten eine ringförmige
flächige Flanschberührungszone ausgebildet ist.
-
Diese
Art der universalen Dichtringanordnung ist geeignet für
beide zuvor beschriebenen Flanschtypen. Besonders Vorteilhaft kann
diese eingesetzt werden bei der Kleinflanschausführung
und insbesondere bei Vakuumanwendungen.
-
Die
Erfindung wird nun anhand von Figuren schematisch und beispielsweise
beschrieben.
-
Es
zeigen:
-
1 schematisch
und im Querschnitt eine Kleinflanschverbindung entsprechend dem
Stand der Technik mit einem innen liegenden Zentrierring, geeignet
für Vakuum und Überdruck bis 2.5 barü,
-
2 schematisch
und im Querschnitt eine Kleinflanschverbindung entsprechend dem
Stand der Technik mit einem außen liegenden Zentrierring,
insbesondere geeignet für Überdruck bis 10 barü,
-
3 schematisch
und im Querschnitt eine Kleinflanschverbindung entsprechend dem
Stand der Technik mit einem innen liegenden Zentrierring und zwei
ungleichen Rohrenden, geeignet für Vakuum und Überdruck
bis 2.5 barü,
-
4 schematisch
und im Querschnitt eine Kleinflanschverbindung entsprechend dem
Stand der Technik mit einem innen liegenden Zentrierring und einer
Darstellung eines Beispiels für einen unerwünschten
Hohlraum der ein virtuelles Leck bildet,
-
5 schematisch
und im Querschnitt eine Kleinflanschverbindung entsprechend der
Erfindung mit außen liegenden Zentrierring und einem daran angeordneten,
nach innen gerichteten, U-förmigen Elastomerdichtungsring
geeignet für Vakuum und Überdruck und unterschiedliche
Prozessgase,
-
6 eine
Variante gemäß der 5 mit Rohrenden
ohne Eindrehungen für einen Innenzentrierring. Die Flanschgeometrie
entspricht in diesem Fall nicht der Normierung nach Pneurop.
-
7 schematisch
und im Querschnitt eine Klammerflanschverbindung entsprechend dem Stand
der Technik mit einem innen liegenden Zentrierring und einem Außenzentrierring,
geeignet für Vakuum und Überdruck bis 2.5 barü,
-
8 schematisch
und im Querschnitt eine Schraubflanschverbindung mit verschraubbaren Überwurfflanschen
entsprechend dem Stand der Technik mit einem innen liegenden Zentrierring
und einem Außenzentrierring, geeignet für Vakuum
und Überdruck bis 2.5 barü,
-
9 schematisch
und im Querschnitt eine Schraubflanschverbindung als Klammerflanschverbindung
bei welcher der eine Flansch mit einer Pratze, gegen einen plattenförmigem
Flansch verschraubt wird entsprechend dem Stand der Technik mit
einem innen liegenden Zentrierring und einem Außenzentrierring,
geeignet für Vakuum und Überdruck bis 2.5 barü,
-
10 eine
Variante gemäß der 9 ohne Zentrierringe
mit einem Elastomerdichtungsring der in eine Nut eingelassen ist
an einem der beiden Flansche,
-
11 schematisch
und im Querschnitt eine Schraubflanschverbindung entsprechend dem
Stand der Technik nach der 7 mit einem
innen liegenden Zentrierring und einem Außenzentrierring
und einer Darstellung eines Beispiels für einen unerwünschten
Hohlraum der ein virtuelles Leck bildet,
-
12 schematisch
und im Querschnitt eine Schraubflanschverbindung als Klammerflanschverbindung
entsprechend der Erfindung mit außen liegenden Zentrierring
und einem daran angeordneten, nach innen gerichteten, U-förmigen
Elastomerdichtungsring geeignet für Vakuum und Überdruck
und unterschiedliche Prozessgase,
-
13 schematisch
und im Querschnitt eine Schraubflanschverbindung mit verschraubbaren Überwurfflanschen
entsprechend der Erfindung mit außen liegenden Zentrierring
ausgebildet entsprechend der 12,
-
14 schematisch
und im Querschnitt eine Schraubflanschverbindung als Klammerflanschverbindung
bei welcher der eine Flansch mit einer Pratze, gegen einen plattenförmigem
Flansch verschraubt wird entsprechend der Erfindung mit außen liegenden
Zentrierring ausgebildet entsprechend der 12, wobei
im plattenförmigen Flansch eine Ausdrehung angeordnet ist
zur Aufnahme eines Schenkels als Anschlagmittel des Zentrierringes,
-
15 schematisch
und im Querschnitt eine Schraubflanschverbindung Klammerflanschverbindung
ausgebildet entsprechend der 14 mit
außen liegenden Zentrierring, bei welchem der Zentrierring
auf der Seite des plattenförmigen Flansches keinen Schenkel
als Anschlagmittel aufweist und der plattenförmige Flansch
plan, ohne eine Ausdrehung, ausgebildet ist.
-
In
den 1 bis 6 werden nachfolgend Kleinflanschanordnungen
dargestellt und beschrieben und in den 7 bis 15 Schraubflanschverbindungen.
-
In
der 1 ist schematisch und im Querschnitt dargestellt
wie auf bekannte Weise, gemäß Stand der Technik,
eine Kleinflanschverbindung mit zwei gleichen Rohrenden 1', 2' mit
der Rohrachse 15 und daran angeordneten Flanschen 1, 2 ausgebildet ist.
Die Flansche 1, 2 weisen in radialer Richtung
je eine Flanschfläche 11, 11' auf, die
parallel zueinander angeordnet sind im zusammengebauten Zustand.
Die Abdichtung erfolgt folgendermaßen: ein Innenzentrierring 3 zentriert
die Flansche 1, 2 an den innen liegenden Berührungsflächen 7, 7',
welche durch Eindrehungen an den Rohrenden gebildet sind, so dass
der Zentrierring 3 in diese Eindrehungen eingelassen ist.
Die Dicke D des Zentrierringes definiert den Flanschabstand 10,
indem die beiden Flanschflächen 11, 11' an
diesem anliegen. Ein Elastomerdichtungsring 4, eine O-Ring-Dichtung,
umschließt den Zentrierring 3 und hat einen größeren Durchmesser
als die Dicke D des Zentrierringes und wird hierbei derart verpresst,
dass beidseitig ringförmige Flanschberührungszonen 6, 6' entstehen
und dieser dadurch dichtend beidseitig an den Flanschflächen 11, 11' anliegt.
Die Flanschflächen werden deshalb mit geringer Oberflächenrauhigkeit
ausgebildet, wie mit dem Grad N6 c. Die beiden Flansche 1, 2 weisen
seitlich konische Anzugsflächen 8, 8' auf, welche
mit einer die Flansche umfassenden Spannklammer 5, die
zweiteilig oder mehrteilig ausgebildet ist, über die konischen
Anzugsflächen 8, 8' in Richtung der Rohrachsen 15 zusammengespannt
und gehalten ist. Zwischen den Flanschaußendurchmesser
und der Spannklammer 5 ist genügend Freiraum 9 vorgesehen
zur Aufnahmen eines dazwischen liegenden Außenzentrierringes 13,
wie dies in der 2 dargestellt ist. Der Innenzentrierring 3 kann
je nach Anwendung, beispielsweise aus Aluminium oder Inox sein und
eignet sich für Vakuumanwendungen und für Anwendungen
mit Überdruck bis 2.5 barü.
-
Eine
weitere Variante einer Kleinflanschverbindung, gemäß Stand
der Technik, ist in der 2, schematisch und im Querschnitt
dargestellt, bei welcher zwei gleiche Rohrenden 1', 2' mit
der Rohrachse 15 und daran angeordneten Flanschen 1, 2 über
einen dazwischen und außen liegenden Außenzentrierring 13 dichtend
verbunden sind. Dieser Außenzentrierring 13 positioniert
und zentriert die Flansche 1, 2 an ihren Außendurchmesser 17, 17' und
stellt über seine Dicke D den Flanschabstand 10 ein.
Ein Elastomerdichtungsring 4, eine O-Ring-Dichtung, liegt
auf der inneren Seite des Außenzentrierringes 13 und
hat einen größeren Durchmesser als die Dicke D
des Zentrierringes und wird hierbei derart verpresst, dass beidseitig
ringförmige Flanschberührungszonen 6, 6' entstehen
und dieser dadurch dichtend beidseitig an den Flanschflächen 11, 11' anliegt. Die
beiden Flansche 1, 2 werden wie zuvor in der 1 beschrieben,
mit einer Spannklammer 5 über die konischen Anzugsflächen 8, 8' zusammengehalten.
Dieser Außenzentrierring ist beispielsweise aus Aluminium
und eignet sich für Anwendungen mit Überdruck
bis 10 barü.
-
Eine
weitere Variante einer Kleinflanschverbindung, gemäß Stand
der Technik, ist in der 3, schematisch und im Querschnitt
dargestellt, bei welcher zwei ungleiche Rohrenden 1', 2' mit
der Rohrachse 15 und daran angeordneten Flanschen 1, 2 über
einen dazwischen und innen liegenden Übergangszentrierring 23 dichtend
verbunden sind. Ein Elastomerdichtungsring 4, eine O-Ring-Dichtung, umschließt
den Übergangszentrierring. Der innen liegende Übergangszentrierring 23 zentriert
die Flansche an den innen liegenden Berührungsflächen 7, 7',
welche durch Eindrehungen an den Rohrenden mit unterschiedlichen
Durchmessern gebildet sind, so dass der Zentrierring 23 in
diese Eindrehungen passend eingelassen ist. Ein Elastomerdichtungsring 4,
eine O-Ring-Dichtung, liegt auf der äußeren Seite des Übergangszentrierringes 23 und
hat einen größeren Durchmesser als die Dicke D
des Übergangszentrierringes und wird hierbei derart verpresst,
dass beidseitig ringförmige Flanschberührungszonen 6, 6' entstehen
und dieser dadurch dichtend beidseitig an den Flanschflächen 11, 11 anliegt.
Die beiden Flansche 1, 2 werden wie zuvor in der 1 beschrieben, mit
einer Spannklammer 5 über die konischen Anzugsflächen 8, 8' zusammengehalten.
Der innen liegende Übergangszentrierring 23 kann
je nach Anwendung, beispielsweise aus Aluminium oder Inox sein und
eignet sich für Vakuumanwendungen und für Anwendungen
mit Überdruck bis 2.5 barü.
-
In
der 4 ist eine Beispielanordnung der bekannten, zuvor
beschriebenen Kleinflanschausführungen im Querschnitt dargestellt
bei der zwischen dem Elastomerdichtungsring 4 und dem innen liegenden
Zentrierring 3, 23 ein oder mehrere Hohlräume 12 gebildet
ist. Diese Hohlräume 12 bilden sich beispielsweise
im Bereich der Berührungsflächen 7, 7' zwischen
dem Zentrierring und den Flaschen 11, 11' und/oder
unter dem Elastomerdichtungsring 4, dem O-Ring, je nach
Oberflächenbeschaffenheit der Teile mehr oder weniger.
-
Derartige
Hohlräume 12 entstehen insbesondere bei Kleinflanschverbindungen
mit innen liegendem Zentrierring mit diesen umschließenden Elastomerdichtungsring,
wie dies in der 4 dargestellt ist. Die Volumina
derartiger eingeschlossener Hohlräume können beispielsweise
Gase und/oder Materialien enthalten, die dann wenn die Rohrleitung evakuiert
ist in diese unkontrolliert und unerwünscht abgegeben werden,
wodurch die Qualität, wie der erreichbare Druck und/oder
die Reinheit, des Vakuums verringert wird und/oder die Abpumpzeit
verlängert wird. Verunreinigungen können auch
entstehen durch den Einschluss von unerwünschte Rückständen
von der Fertigung oder der Reinigung, durch Ausgasung von dort desorbierten
Stoffen an den Oberflächen. Durch dieses Verhalten wird
eine Art virtuelles Leck gebildet. Derartige Vorgänge sind
in Vakuumprozessanlagen unerwünscht und können sogar
den Einsatz von Prozessen mit hoher Reinheitsanforderung verunmöglichen.
-
Ein
weiterer Nachteil besteht darin, dass bei dieser bekannten Kleinflanschverbindung
für die vorgestellten Varianten mehrere, beispielsweise
bis zu 5, oder gar mehr, verschiedene Zentrierringausführungen
notwendig sind wenn die verschiedenen Anwendungen abgedeckt werden
sollen, wie für Vakuum, für großen Überdruck,
verschiedene geeignete Materialien je nach Aggressivität
des Mediums in der Leitung und für Übergangszentrierringe
bei Einsatz unterschiedlicher Flanschnennweiten. Dies erfordert insgesamt
einen erhöhten Aufwand.
-
Gemäß der
Erfindung wird ein Zentrierring 33 speziell ausgebildet,
wie dies in den 5 und 6 schematisch
dargestellt ist. Dieser Zentrierring 33 ist als außenliegender
Zentrierring ausgebildet und trägt eine nach innen gerichtete
U-förmige und ringförmige Elastomerdichtung 14.
Die Kleinflanschverbindung mit diesem Zentrierring 33 mit
Elastomerdichtungsring 14 ist universell einsetzbar und
deckt alle vorerwähnten Anwendungsfälle mit den
gleichen Bauteilen und insbesondere mit demselben einen Zentrierring 33 ab.
Insbesondere werden keine unerwünschten Hohlräume,
welche virtuelle Lecks bilden können, erzeugt.
-
Die
erfindungsgemäße Kleinflanschverbindung umfasst
zwei Rohrenden 1', 2' mit ihren Rohrachsen 15 an
denen je ein Flansch 1, 2 angeordnet ist, welche
in radialer Richtung zu den Rohrachsen 15 Flanschflächen 11, 11' aufweisen
und einander gegenüberliegend positioniert sind und einen
Zentrierring 33 mit einem Elastomerdichtungsring 14, diese
berührend, einschließen, und dass beide Flansche 1, 2 an
ihrer Seite je eine konische Anzugsfläche 8, 8' aufweisen,
welche mit einer lösbaren Spannklammer 5 verspannend
umfasst werden, derart dass die Flanschflächen 11, 11' am Zentrierring 33 anliegen
und dadurch auf einem vorgegebenen Flanschabstand 10 gehalten
sind und der Elastomerdichtungsring 14 an den Flanschflächen 11, 11' in
Richtung der Rohrachsen 15 dichtend verpresst ist, wobei der
Zentrierring 33 an der Peripherie der Flansche 1, 2 mindestens
teilweise anliegend positioniert ist, und dass daran, ringförmig
nach innen gerichtete Tragmittel 18 angeordnet sind, um
welche der Elastomerdichtungsring 14, im Querschnitt U-förmig
ausgebildet angeordnet ist, derart dass an den Seitenflanken der
U-Form auf beiden Seiten eine ringförmige flächige
Flanschberührungszone 6, 6', B ausgebildet
ist.
-
Der
Zentrierring 33 ist außen liegend angeordnet und
trägt am äußeren Umfang Anschlagmittel welche
den Flanschaußendurchmesser 17, 17' mindestens
teilweise anliegen und hierdurch die Flansche 1, 2 auf
die Rohrachse 15 zentrieren.
-
Die
Tragmittel 18 werden mit Vorteil zentrisch bzw. mittig
am Zentrierring 33 nach innen gegen die Rohrachse 15 gerichtet
angeordnet. Die Tragmittel 18 sind ringförmig
verteilt am Zentrierring 33 fixiert, bilden aber mit Vorteil
einen ringförmigen umlaufenden Steg, eine Art Tragnase.
Der Zentrierring 33 zusammen mit dem Tragsteg ist mit Vorteil aus
einem Stück gefertigt. Die Gase in der Rohrleitung ”sehen” den
außen liegenden Zentrierring 33 nicht und somit
kann dessen Werkstoff nach Bedarf frei gewählt werden,
wie aus Kunststoff, Aluminium, Inox, Holz etc. und elektrisch leitend
oder elektrisch isolierend ausgebildet sein.
-
Der
Elastomerdichtungsring 14 ist um die Tragmittel 18,
wie den Tragsteg 18, im Querschnitt U-förmig gebogen
angeordnet. Es ist besonders vorteilhaft wenn dieser direkt an die
Tragmittel anvulkanisiert ist. Dadurch wird er an den Tragmittel 18 sicher
fixiert und in Position gehalten und kann bei der Vakuumanwendung
nicht in den Bereich des Rohrquerschnittes hineingezogen werden.
Die Dichtung kann aber auch in bestimmten Fällen aufgeklemmt angeordnet
werden.
-
Die
seitlichen Schenkel der U-förmigen Elastomerdichtung bilden
beidseitig eine ringförmige flächige Flanschberührungszone 6, 6' mit
der Breite B als für eine ring förmige Dichtfläche.
Diese Dichtfläche ist bereits im nicht verpressten Zustand
als Fläche vorhanden im Gegensatz zum Stand der Technik wo
die O-Ring-Dichtung eine ringförmige Linie bei der Flanschberührungszone 6, 6' bildet.
Dieser neue U-förmige Elastomerdichtungsring 14 mit
den Dichtflächen bildet eine sehr zuverlässige
und reproduzierbare Dichtanordnung, wodurch zusätzlich
die Handhabung vereinfacht wird.
-
Weiterhin
wird dadurch gewährleistet, dass die Flanschberührungszonen 6, 6' weit
unten gegen die Rohrachse zu liegen kommen und dort schon zu Beginn
der Auflage, also bei Beginn des U-Radius, sicher dichten und in
den Dichtflächenbereichen selbst keine unerwünschten
Hohlräume eingeschlossen werden. Virtuelle Lecks können
mit dieser Anordnung nicht mehr gebildet werden.
-
Es
ist günstig wenn die Breite B des flachen U-Schenkels des
Elastomerdichtungsringes 14 im Bereich des 3.0 bis 10.0
fachen des Flanschabstandes 10 liegt bzw. der Dicke D des
Zentrierringes 33.
-
Diese
Kleinflanschverbindung ist besonders geeignet für Flanschverbindungen
mit Nennweiten der Rohrenden 1', 2' mit den Flanschen 1, 2,
die im Bereich von 10 bis 300 mm liegen, vorzugsweise im Bereich
von 10 bis 60 mm.
-
Zentrierausnehmungen 19, 19',
wie Zentriereindrehungen, innen an den Rohrenden 1', 2' bzw.
an den Flanschen 1, 2 können auch weggelassen
werden und das Rohr 1', 2' kann den gleichen Durchmesser
haben wie der Bauteiledurchmesser. Dies führt dann zur
weiteren Vereinfachung und somit Kostenreduktion.
-
Es
kann erfindungsgemäß dieselbe außenliegende
Zentrierringausführung mit einer U-förmigen Elastomerdichtung,
wie diese zuvor bei der Kleinflanschanordnung beschrieben wurde,
auch in Schraubflanschverbindungen mit Vorteil eingesetzt werden, wie
dies in den 7 bis 15 beispielsweise
dargestellt ist.
-
Der
Zentrierring 33, 34 ist hierbei ebenfalls als
außenliegender Zentrierring ausgebildet und trägt eine
nach innen gerichtete U-förmige und ringförmige Elastomerdichtung 14, 54.
Die Schraubflanschverbindung mit diesem Zentrierring 33, 34 mit
Elastomerdichtungsring 14, 54 ist ebenfalls universell
einsetzbar und deckt alle vorerwähnten Anwendungsfälle
mit den gleichen Bauteilen und insbesondere im Wesentlichen mit
derselben Zentrierringausführung ab. Insbesondere werden
keine unerwünschten Hohlräume, welche virtuelle
Lecks bilden können, erzeugt.
-
Die 7 zeigt
eine bekannte Schraubflanschverbindung mit an der Flanschperipherie
angeordneten verschraubbaren Spannklammern 65, auch als
Klammerflansch bezeichnet. Zwei gleiche Rohrenden 51', 52' mit
daran angeordneten Flanschen 51, 52 werden folgendermaßen
gedichtet: ein innerhalb der Elastomerdichtung 54 angeordneter Zentrierring 53 zentriert
die Flansche 51, 52 an dem Innendurchmesser mit
den Berührungsflächen 57, 57' mit
einem Flanschabstand D, 60. D kann je nach Nennweite variieren,
beispielsweise von 3.9 bis 5.6 mm. Bei größeren
Nennweiten der Rohre z. B. von 300 mm bis 1000 mm wird ein größerer
Abstand, beispielsweise 5,6 mm verwendet. Die ringförmige
Elastomerdichtung 54 wird derart verpresst, dass es an den
beiden Flanschberührungszonen 56, 56' anliegt und
dichtet. Die anliegenden Flanschberührungsflächen 61, 61' an
denen der innere und äußere Zentrierring 53, 55 anliegt
sind weisen als Dichtflächen geringe Rauhigkeit auf, vorzugsweise
besser N6 c. Die Flansche 51, 52 werden mit mehreren
2-teiligen Spannklammern 64, 65 welche bei beiden
Flanschen je an Eindrehungen 58, 58' eingehängt
sind über eine Verschraubung 66 zusammengehalten.
Die Spannklammer 64, 65 lässt gegen innen
eine genügend großen Freiraum 59 zu zur
Aufnahme eines Außenzentrierringes 55 an der Peripherie
der Flansche. Der Innenzentrierring 53 kann je nach Anwendung
aus Aluminium oder Inox sein und eignet sich für Vakuum bis Überdruck
2.5 barü. Der Außenzentrierring 55 ist aus
Aluminium, da er kein Vakuum ”sieht”.
-
Eine
weitere bekannte Schraubflanschverbindung ist in der 8 dargestellt.
Anstelle von Spannklammern 64, 65 werden bei dieser
Ausführung Überwurfflansche 70, 70' welche
Lochteilkreise aufweisen mit Schrauben verpresst zur Verklemmung
der Elastomerdichtung 54 mit den Stütz- bzw. Zentrierringen 53, 55.
Diese Flansche werden auch als Drehflansche bezeichnet, da diese
verdreht werden können. Zusätzlich umschließt
je eine Halbrundnut 67, 67' die Flansche an deren
Umfang mit je einem eingelegten Sprengring 68, 68'.
Diese bilden je einen Anschlag für die Überwurfflansche 70, 70'.
Mit Spannschrauben 74, Unterlagscheiben 75 und
Muttern 76 werden die Überwurfflansche 70, 70' zusammengehalten
und die Kraft für die Verpressung auf das Maß D 60 einer
O-Ring Elastomerdichtung 54 erzeugt.
-
Eine
Kombination eines Klammerflansches 51 mit einer Platte 81 ist
gemäß Stand der Technik in der 9 dargestellt.
Die formschlüssige, dichtende Verbindung entsteht über
Pratzen 80, welche am Klammerflansch 51 an einer
Flanscheindrehung 58 eingehängt sind und via Schrauben 77 in
der Platte 81 verankert sind und dadurch in axialer Rohrrichtung
klemmen. Die innen und außen liegenden Zentrierringe 53, 55 und
der O-Ring 54 liegen dichtend verpresst zwischen dem Klammerflansch 51 und Platte 81.
-
Eine
weitere bekannte Variante einer Kombination eines Klammerflansches 51 mit
einer Platte 81 ist in der 10 dargestellt.
Die formschlüssige, dichtende Verbindung entsteht über
Pratzen 80, welche am Klammerflansch 51 an der
Flanscheindrehung 58 eingehängt sind und via Schrauben 77 in
der Platte 83 verankert sind und dadurch in axialer Rohrrichtung
klemmen. Der O-Ring 85 ist in einer umlaufenden Nut 84 in
der Platte 83 eingelassen. In diesem Falle sind keine Zentrierringe
notwendig und der Abstand D zwischen Flansch 51 und Platte 83 geht
gegen Null.
-
Bei
den bekannten Anordnungen gemäß Stand der Technik,
wie sie in den 7 bis 10 dargestellt
sind müssen die Teile aus verschiedene geeigneten Materialien
gefertigt werden je nach Aggressivität des Mediums in der
Leitung. Vakuumtechnisch sehr ungünstig und somit unerwünscht
ist, dass bei diesen bekannten Schraubflanschverbindungen Hohlräume 49 eingebaut
sind, die virtuelle Leckstellen bilden, insbesondere wegen dem benötigten
Innenzentrierring 53, wie dies auch bereits schon zuvor bei
der Kleinflanschverbindung beschrieben worden ist und in der 11 dargestellt
ist. Auf den Flanschberührungsflächen 56, 56' zu
den Berührungsflächen 61, 61'der
Zentrierringe 53, 55 und insbesondere bezüglich
dem Innenzentrierring 53 und unter dem O-Ring 54 können
sich kleine Hohlräume 49 einschließen,
auch abhängig nach der Oberflächenbeschaffenheit
der beteiligten Teile mehr oder weniger. In diesen Hohlräumen
werden unerwünschte Stoffe gespeichert und dann beim evakuieren
unkontrolliert und unerwünscht an das Vakuum bzw. Medium
abgegeben. Darin enthalten sein können beispielsweise unerwünschte
Rückstände von der Fertigung oder Reinigung, Gase
welche dann ausgasen, oder es können Stoffe und Gase desorbiert
werden und wieder abgegeben werden.
-
Gemäß der
Erfindung wird ein Zentrierring 33, 34 speziell
ausgebildet, wie dies in den 12 bis 15 schematisch
und beispielsweise dargestellt ist. Dieser Zentrierring 33, 34 ist
als außenliegender Zentrierring ausgebildet und trägt
eine nach innen gerichtete U-förmige und ringförmige
Elastomerdichtung 14. Die Schraubflanschverbindung mit diesem
Zentrierring 33, 34 mit dem Elastomerdichtungsring 14 ist
universell einsetzbar und deckt alle vorerwähnten Anwendungsfälle
mit den gleichen Bauteilen und insbesondere im Wesentlichen mit demselben
einen Zentrierringaufbau 33, 34 ab. Insbesondere
werden keine unerwünschten Hohlräume, welche virtuelle
Lecks bilden können, gebildet. Die Ausbildung des Zentrierringes 33, 34 mit
den Tragmittel 18 mit daran angeordneter Elastomerdichtung 14 ist
analog, wie bereits zuvor beschrieben für die Kleinflanschanordnung.
-
Der
Werkstoff für die Elastomerdichtung 14, 54 ist
ebenfalls mit Vorteil direkt auf den nach innen gerichteten Tragmittel 18,
wie einen Tragsteg, aufvulkanisiert und dadurch am Außenzentrierring 33, 34 fixiert.
Die Flanschaberührungszonen 56, 56' der
Elastomerdichtung 14, 54 liegen durch diese Ausbildung so
weit gegen innen gerichtet wie möglich, sodass virtuelles
Lecks weitgehend vermieden werden. Die Gase in der Rohrleitung ”sehen” somit
den Außenzentrierring 33 nicht, wodurch der Werkstoff
des Außenzentrierringes 33 entsprechend frei gewählt
werden kann, wie z. B. aus Kunststoff, Aluminium, Inox, Holz etc.
auch aus Materialien die elektrisch leitend oder isolierend sind
je nach Bedarf.
-
In
der Ausbildung entsprechend dem Beispiel nach der 12 werden
die Flansche 51, 52, wie bekannt und in der 7 gezeigt,
mit mehreren 2-teiligen Spannklammern 64, 65, 66 zusammengehalten
und der Freiraum 59 zur Einlegung des erfindungsgemäßen
Außenzentrierringes 33, 34 ist dadurch
bereits vorhanden. Durch das Aufvulkanisieren wird mit Vorteil verhindert,
dass der Werkstoff der Elastomerdichtung 14 nach durch
das Vakuum in der Rohrleitung nach innen gezogen wird. Auch sind
die Dichtflächen 61, 61' an den Flanschen 51, 52 viel
weniger anfällig auf Kratzer, welche zu Undichtigkeit führen,
da die U-Dichtung 14 flächig und nicht linienförmig
anliegt.
-
Die
Drehflanschanordnung wie bereits zuvor in der 8 beschrieben
wird erfindungsgemäß entsprechend der Darstellung
in der 13 modifiziert. Hierbei ist
der Außenzentrierring 33 im Freiraum unterhalb
der Drehflansche 70, 70' positioniert. Am Außenzentrierring
sind seitlich stegartige Tragmittel angeordnet, derart dass er an
den beiden Flanschaußendurchmesser 17, 17' aufliegen
kann.
-
Bei
der Variante mit plattenförmigem Flansch entsprechend der 9 wird
gemäß der Erfindung zur Aufnahme des seitlichen
Steges des Außenzentrierringes 33 in der Platte 62 eine
Ausdrehung 69 vorgesehen, wie dies in der 14 dargestellt
ist.
-
Wie
bereits in der bekannten Ausführung mit plattenförmigem
Flansch zur 10 beschrieben wurde kann die
Platte 63 auch ohne eine Ausdrehung 69 ausgebildet
sein. Wie in der 15 dargestellt ist kann in diesem
Fall gemäß der Erfindung der Steg bzw. der Auflageschenkel
des Außenzentrierringes 34 auf der Seite der Platte 63 weggelassen
werden. Die Zentrierung erfolgt dann nur an dem Außendurchmesser
des gegenüberliegenden Flansches 51.
-
Die
in den 9, 10, 14 und 15 dargestellten
Platten 81, 83, 62, 63 sind
vorzugsweise Teil einer Kammerwand, insbesondere Teil einer Vakuumkammer
und weisen vorzugsweise eine runde Öffnung auf. Über
dieser Öffnung kann dichtend und lösbar ein Rohr
mit einem Rohrende 1', 51' mit daran angeordneten
Flansch 1, 51 angeordnet werden, wie bereits zuvor
beschrieben bei der Verbindung von zwei Rohrstücken. Das
Medium kann dadurch über eine Rohrzuführung über
die Öffnung mit der Kammer kommunizieren. Erfindungsgemäß wird
derselbe U-förmige Elastomerdichtungsring 14, 54,
wie zuvor beschrieben, zwischen dem einen Flansch und der Platte
verpresst, dichtend positioniert. Die Platte nimmt hierbei dieselbe
Funktion ein, wie ein zweiter Flansch 2, 52 als
Gegenstück zum ersten Flansch 1, 51 und
die Öffnung entspricht dann dem zweiten Rohrende 2', 52'.
-
Schraubflanschverbindungen
mit dem erfindungsgemäßen Außenzentrierring
mit U-förmiger Elastomerdichtung eignen sich besonders
für Nennweiten der Rohrenden 51', 52' mit
den Flanschen 51, 52, die im Bereich von 60 bis
1000 mm liegen, vorzugsweise im Bereich von 100 bis 630 mm.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - www.pneurop.org [0003]
- - www.iso.org [0003]
- - DN 10/16/25/40/50 ISO-KF [0004]
- - DN 20/32 ISO-KF [0004]
- - DIN 28403 [0004]
- - ISO 2861/I [0004]
- - ISO-Norm [0004]
- - ”Theorie und Praxis der Vakuumtechnik” von Wutz – Adam – Walcher,
Vieweg Verlag, 2. Auflage 1982 (ISBN 3-528-04884-0) Seite 475 [0004]
- - DN 63 ISO-K/100/160/200/250/320/400/500/630 ISO-K [0005]
- - DIN 28404 [0005]
- - ISO 1609/3669 [0005]
- - ”Theorie und Praxis der Vakuumtechnik” von Wutz – Adam – Walcher,
Vieweg Verlag, 2. Auflage 1982 (ISBN 3-528-04884-0) Seite 476–477 [0005]
- - ISO-F [0005]
- - DIN 2501 [0005]