DE102009044798B4 - Rohrleitungskupplung für die Verbindung von Rohrenden aus spröden Werkstoffen sowie Rohrende - Google Patents

Rohrleitungskupplung für die Verbindung von Rohrenden aus spröden Werkstoffen sowie Rohrende Download PDF

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Abstract

Rohrleitungskupplung (10) für die Verbindung von Rohrenden (12, 14) aus spröden Werkstoffen, wobei die sich gegenüber stehenden Rohrenden (12, 14) jeweils einen radial umlaufenden Bundflansch (16, 18) aufweisen, wobei jedes Rohrende (12, 14) in radialem Abstand von einem Flanschring (28, 30) umgeben ist, wobei zwischen jedem der Flanschringe (28, 30) und einer radialen Schulterfläche (32, 34) jedes Bundflansches (16, 18) eine elastisch verformbare Einlage (36, 38) angeordnet ist und wobei die Flanschringe (28, 30) mittels Spannelementen (40) gegeneinander verspannbar sind, wobei die elastisch verformbaren Einlagen (36, 38) in axialer und radialer Richtung belastet werden, dadurch gekennzeichnet, dass in die Schulterfläche (32, 34) des Bundflansches (16, 18) eine die Einlage (36, 38) zumindest teilweise aufnehmende und diese entlang der Schulterfläche (32, 34) zentrierende und fixierende Ringnut (50, 52) eingeformt ist.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Rohrleitungskupplung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf ein Rohrende nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
  • Die DE-U-75 37 310 offenbart eine Rohrleitungskupplung für die Verbindung von Rohrenden aus spröden Werkstoffen wie Glas, wobei die sich gegenüberstehenden Rohrenden jeweils einen radial umlaufenden Bundflansch aufweisen, wobei jedes Rohrende in radialem Abstand von einem Flanschring umgeben ist, wobei zwischen jedem der Flanschringe und einer radialen Schulterfläche jedes Bundflansches eine elastisch verformbare Einlage eingeformt ist und wobei die Flanschringe mittels Spannelementen gegeneinander verspannbar sind.
  • Es ist vorgesehen, dass die Einlage mit geringem Übermaß an die Abmessungen von Rohrende und Flanschring angepasst ist. Dadurch soll neben einer besseren Kraftübertragung auch eine Fixierung des Schellenrings auf dem Glasteil bei der Montage erreicht werden.
  • Die DE-U-79 16 652 bezieht sich auf eine Schellenringbeilage in einer Schellenringverbindung zum Verbinden zweier Glasrohre mit Bundflansch. Bei dieser Ausführungsform weisen die Bundflansche konkav verlaufende Schulterflächen auf. Um eine Schellenringbeilage zu schaffen, die eine gleichmäßig flächige Auflage bietet und sich gleichzeitig im Querschnitt, in der Länge und im Durchmesser an die Druckflächen anpasst, wird vorgeschlagen, dass die Schellenringbeilage durch eine zu einem Ring geformte Wendel aus Flachdraht oder Kunststoffband gebildet ist.
  • Die GB-A-2 103 746 beschreibt einen rohrförmigen Körper aus Quarzglas oder Quarzgut, an dem leicht lösbar ein Flanschring mittels eines Gegenrings und einer sich in einer Ausnehmung des rohrförmigen Körpers befindenden ringförmigen Schraubenfeder befestigt ist. Diese Verbindung soll Material ersparen und den Einsatz von großen Körpern ermöglichen, wobei Toleranzschwankungen die Funktion nicht beeinträchtigen. Der Flanschring ist mittels Schrauben mit dem Gegenflanschring verbunden. Durch axiale Verspannung des Flanschringes und des Gegenringes gegen den Schraubenfederring, der sich in der Ausnehmung des Rohres befindet, wird die gesamte Flanschverbindung in axialer und radialer Richtung am Rohr befestigt.
  • Die DE-A-2 246 183 beschreibt einen Verbindungsflansch für Rohrleitungs- bzw. Apparateteile, der am Ende des Rohrleitungs- bzw. Apparateteils ausgebildet ist und einen sich in Richtung auf seine Stirnfläche vergrößernden Außendurchmesser derart aufweist, dass eine der Stirnfläche gegenüberliegende Bundfläche für die Auflage eines Beilageringes von im Wesentlichen runden Querschnitt, der über den Flanschaußendurchmesser dehnbar ist, gebildet ist, wobei der Beilagering mittels eines durch Randschrauben festspannbaren Schellenringes von geringfügig über dem Flanschaußendurchmesser liegenden Innendurchmesser angepresst ist.
  • Die FR-B-1.531.499 beschreibt ebenfalls eine Rohrleitungskupplung für die Verbindung von Rohrenden aus spröden Werkstoffen, wobei die sich gegenüberstehenden Rohrenden jeweils einen radial umlaufenden Bundflansch mit einer konkav ausgebildeten Schulterfläche zur Aufnahme einer Einlage aufweisen. Jedes Rohrende ist in radialem Abstand von einem Flanschring umgeben, wobei zwischen jedem der Flanschringe und der radialen Schulterfläche jedes Bundflansches eine elastische verformbare Einlage angeordnet ist. Die elastisch verformbare Einlage wird in axialer und radialer Richtung belastet. Eine Verschiebung der Einlage auf der Schulterfläche während des Verspannen der Flanschringe soll dadurch vermieden werden, dass der Flanchring einen umlaufenden Rand aufweist, dessen Innendurchmesser einem Außendurchmesser des Bundflansches entspricht, wodurch ein Verrutschen der Einlage vermieden werden soll.
  • Eine Rohrleitungskupplung für die Verbindung von Rohrenden aus spröden Werkstoffen ist in der EP-A-180 656 beschrieben. Dabei sind die sich gegenüber stehenden Rohrenden an ihrer Außenseite konisch nach außen erweitert und jedes Rohrende wird von einem ringförmigen Flansch im radialen Abstand umgeben. Zwischen jedem Flansch und dem jeweiligen Rohrende ist eine elastisch verformbare Einlage angeordnet, die den Flansch auf dem Rohrende hält. Die Innenseiten der Flansche sind entsprechend der Form der Rohrenden konisch ausgeführt. Die Flansche werden miteinander elastisch verspannt, wobei sie die Einlagen zwischen den Rohrenden und den Flanschen elastisch zusammendrücken. Die Außenseite der Rohrenden und die Innenseite der Flansche ist durch eine oder mehrere rundum laufende stufenförmige Ausnehmungen aufgeraut und die Einlagen stehen mit der aufgerauten Oberfläche der Rohrenden und der Flansche reibungsschlüssig in Eingriff.
  • Durch die stufenförmigen Ausnehmungen wird ein weiteres Nachrücken der Einlagen und/oder der Flansche in Aufzugsrichtung verhindert, nachdem sie einmal ihre Endposition erreicht haben. Die Ausnehmungen können kegelstumpfförmige Flächen aufweisen, die das Lösen der Flansche und der Einlagen durch Zurückschieben erleichtern. Die in EP-A 180 656 verwendete Flanschform kann als Schulterkonus bezeichnet werden.
  • Neben der in EP-A-180 656 eingesetzten Flanschform sind andere Flanschformen bekannt, wie beispielsweise Bundflansch. Ein solcher ist in der FR-A-2 345 656 in 2 dargestellt.
  • Die Dichtflächen der Rohrenden können als plane Dichtfläche oder als Kugel-Pfanne-Dichtfläche ausgebildet sein.
  • Bei den oben genannten Flanschformen wird eine definierte, zentrierte Krafteinleitung von den Flanschringen über die Einlagen in eine sich zwischen den Rohrenden bildende Stoßfuge nur bei Flanschformen mit Konus erreicht, und zwar durch die zwangsweise Fixierung der Einlage. Bei anderen Flanschformen, wie beispielsweise Bundflanschen, besonders wenn sie sowohl für den Einsatz mit plan ausgeführter Dichtfläche als auch für den Einsatz mit Kugel/Pfanne-Dichtfläche verwendet werden, weisen diese den Nachteil auf, dass sich die Losflansche bzw. Flanschringe lageabhängig auf einer Rückseite bzw. Schulterfläche des Bundflansches bewegen.
  • Dadurch wird die Krafteinleitung je nach Auswinkelung ungünstiger, wobei die Auswinkelung meist bis zu 3° betragen darf. Eine präzise und definierte Krafteinleitung setzt dabei aber eine definierte unverschiebbare Lage des Losflansches (Flanschringes) voraus, die jedoch bei bisherigen Bundflansch-Ausführungen eine sehr präzise, auch von Fachmonteuren schwer erreichbare Sorgfalt erfordert.
  • Die Kombination eines Bundflansches insbesondere mit planer Dichtfläche bietet die Möglichkeit, die Krafteinleitung auch auf der Losflanschseite, d. h. auf der Schulterfläche des Bundflansches, deutlich zu verbessern, um zu einem optimal konstruierten Rohrende zu gelangen. Dies gilt neben Standardanwendungen (GMP = Good Manufacturing Practise) und den damit verbundenen Ansprüchen an die Dichtungen als auch bei TA-Luft-Anforderungen (TA-Luft = Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft).
  • Die im Bundflansch auftretenden Tangentialspannungen steigen an, je weiter eine zwischen den Rohrenden angeordnete Dichtung nach außen gelegt wird oder durch die Montage, beispielsweise bei Kugel-/Pfannen-Verbindungen. Dies ist weitgehend unabhängig davon, ob die Belastungen durch inneren Über- oder Unterdruck verstärkt werden. Nahezu gleichartig steigen prinzipiell auch die auftretenden Axialspannungen.
  • Davon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Rohrleitungskupplung sowie ein Rohrende der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass die Montage vereinfacht und eine exakte und definierte Krafteinleitung erreicht wird.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der Erfindung liegt der Gedanke zu Grunde, eine exakt definierte Krafteinleitung durch eine Zentrierung des Losflansches bzw. Flanschringes – analog einer Dichtungszentrierung – zu erreichen, die bei bislang bekannten Bundflanschen nicht möglich ist.
  • Die rotationssymmetrische und montageunabhängige Zentrierung zur Spannungsminimierung soll auf der Rückseite des Bundflansches in Form einer eigenständigen, selbstzentrierenden Ringnut sichergestellt werden.
  • Durch die vorgeschlagene Maßnahme werden die im spröden Werkstoff des Rohrendes auftretenden Spannungen auch bei hohen zulässigen Drucken wie beispielsweise 6 bar minimiert.
  • Die aus dem Stand der Technik bekannten Zubehörteile wie Flanschringe, Beilagen und Dichtungen sowohl bei planen Dichtflächen als auch bei Kugel-/Pfanne-Dichtflächen können unverändert weiterverwendet werden, so dass die Austauschbarkeit mit vorhandenen Bundflanschteilen gewährleistet ist.
  • Da die technische Realisierung überwiegend an dem Glasteil der Bundflansche erfolgt, ist der zusätzliche Änderungsaufwand an der Bundflanschschulterfläche mit relativ geringen Mitteln zu erreichen. Andere zusätzliche Änderungen sind auch bei Zubehörteilen nicht erforderlich.
  • Vorzugsweise ist die Ringnut im Querschnitt oval, rund oder rechteckig ausgebildet. Eine Querschnittsform der Ringnut kann an Querschnittsformen der Einlagen angepasst sein. In bevorzugter Ausführungsform weist die Ringnut eine Tiefe T im Bereich von 0,5 mm ≤ T ≤ 10 mm auf, wobei die Einlagen einen Durchmesser D im Bereich von 3 mm ≤ D ≤ 15 mm aufweisen können.
  • Zur einfachen und kostengünstigen Herstellung der erfindungsgemäßen Rohrenden ist vorgesehen, dass die Ringnut bereits bei der Herstellung des Rohrendes eingeformt wird.
  • Die Bundschulterfläche ist vorzugsweise als Kegelstumpffläche ausgebildet und ist gegenüber einer von der Stirnfläche des Rohrendes aufgespannten Ebene in einem Winkel α geneigt, der im Bereich von 15° ≤ α ≤ 80°, vorzugsweise α = 65° bis 75° liegen kann.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Bundschulterfläche zur Aufnahme der im Querschnitt vorzugsweise runden Einlage bogenförmig ausgebildet ist.
  • Vorzugsweise ist der Bundflansch als Plan-Flansch mit kleiner Dichtfläche ausgebildet, wobei die stirnseitig eine umlaufende Ringnut zur Aufnahme einer Ringdichtung aufweisen kann. Alternativ kann der Bundflansch auch eine Kugel-Pfanne-Dichtfläche aufweisen.
  • Unabhängig davon bezieht sich die Erfindung auch auf ein Rohrleitungsende aus sprödem Material wie Glas, umfassend einen radial umlaufenden Bundflansch mit einer vorzugsweise planen Dichtfläche sowie einer radialen Schulterfläche, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass in die Schulterfläche des Bundflansches eine die Einlage zumindest aufnehmende, teilweise, zentrierende und fixierende Ringnut eingeformt ist.
  • Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines den Zeichnungen zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispiels.
  • Es zeigen
  • 1 eine erfindungsgemäße Rohrleitungskupplung, teilweise im Querschnitt und
  • 2 einen Querschnitt des Bundflansches als Einzelheit.
  • 1 zeigt eine erfindungsgemäße Rohrleitungskupplung 10, die hälftig im axialen Querschnitt dargestellt ist.
  • Die Rohrleitungskupplung 10 in Form einer sogenannten Losflanschkupplung umfasst zwei Rohrenden 12, 14 aus einem spröden Werkstoff wie Glas, die endseitig jeweils einen radial umlaufenden Bundflansch 16, 18 aufeisen, die mittels planer Dichtflächen 20, 22 an einer Stoßfuge 24 einander zugewandt sind, wobei zwischen den planen Dichtflächen 20, 22 ein Dichtungsring 26 angeordnet ist.
  • Jedes Rohrende 12, 14 ist in radialem Abstand von einem Flanschring 28, 30 umgeben, wobei zwischen jedem der Flanschringe 28, 30 und einer radialen Schulterfläche 32, 34 jedes Bundflansches 16, 18 eine elastisch verformbare Einalge 36, 38 angeordnet ist. Die Flanschringe 28, 30 weisen wenigstens vier, vorzugsweise mehrere auf dem Umfang verteilt angeordnete Kupplungsschrauben 40 auf, die die Flanschringe 28, 30 in Durchgangslöchern 42 durchsetzen, wobei jeweils zwischen einem Kopf 44 oder einer Mutter 46 der Schraube 40 und einem der beiden Flanschringe 28, 30 eine Feder 48, vorzugsweise in Form einer Schraubenfeder, angeordnet ist. Die Flanschringe 28, 30 sind über die Kupplungsschrauben 40 gegeneinander verspannbar, wobei eine axiale Spannung der Rohrleitungskupplung 10 durch die Federkraft der Federn 48 vorbestimmt ist.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Schulterflächen 32, 34 der Bundflansche 16, 18 jeweils eine die Einlage 36, 38 zumindest teilweise aufnehmende und zentrierende Ringnut 50, 52 aufweisen.
  • Die Ringnut 50, 52 ist im Querschnitt z. B. kreissegmentförmig ausgebildet, wie dies in 2 dargestellt ist.
  • Um eine optimale Krafteinleitung in den Bundflansch zu erreichen, ist vorgesehen, dass die Bundflansche bezogen auf eine von der Dichtfläche 20, 24 aufgespannte Ebene in einem Winkel α im Bereich von 15° ≤ α ≤ 80°, vorzugsweise α = 65° geneigt ist.
  • In der dargestellten Ausführungsform ist die Bundschulterfläche 32 kegelstumpfförmig ausgebildet.
  • Durch die Ringnut 50 wird eine Selbstzentrierung der Einlage 32 bei der Montage der Rohrleitungskupplung erreicht, mit der Folge, dass einerseits die Montage vereinfacht und andererseits auch eine exakte und definierte Krafteinleitung in den Bundflansch erreicht wird. Dies setzt allerdings eine Zentrierung durch den Flanschring 28, 30 voraus, die nunmehr auch bei einem Bundflansch möglich ist. Durch die Erfindung wird der Vorteil erreicht, dass bei Kombination des Bundflansches 16, 18 mit planer Dichtfläche 20, 22 die Krafteinleitung auf der Losflanschseite deutlich verbessert und die Dichtheit erhöht werden kann.
  • Durch die vorgeschlagene rotationssymmetrische und montageunabhängige Zentrierung wird eine Spannungsminimierung im Bundflansch durch die eigenständige, selbstzentrierende Ringnut sichergestellt.
  • Insbesondere durch die Ausrichtung der Ringnut erfolgt eine Zerlegung der auf den Bundflansch 16 wirkenden Kraft F in eine Radialkraft FR und eine Axialkraft FA derart, dass die Krafteinleitung in Richtung der Axialkraft FA vergrößert und in Richtung der Radialkraft FR, d. h. in radialer Richtung, minimiert wird. Die dadurch gleichmäßig aufgeteilte Kraft verhindert Spannungsbrüche in spröden Rohrenden.

Claims (12)

  1. Rohrleitungskupplung (10) für die Verbindung von Rohrenden (12, 14) aus spröden Werkstoffen, wobei die sich gegenüber stehenden Rohrenden (12, 14) jeweils einen radial umlaufenden Bundflansch (16, 18) aufweisen, wobei jedes Rohrende (12, 14) in radialem Abstand von einem Flanschring (28, 30) umgeben ist, wobei zwischen jedem der Flanschringe (28, 30) und einer radialen Schulterfläche (32, 34) jedes Bundflansches (16, 18) eine elastisch verformbare Einlage (36, 38) angeordnet ist und wobei die Flanschringe (28, 30) mittels Spannelementen (40) gegeneinander verspannbar sind, wobei die elastisch verformbaren Einlagen (36, 38) in axialer und radialer Richtung belastet werden, dadurch gekennzeichnet, dass in die Schulterfläche (32, 34) des Bundflansches (16, 18) eine die Einlage (36, 38) zumindest teilweise aufnehmende und diese entlang der Schulterfläche (32, 34) zentrierende und fixierende Ringnut (50, 52) eingeformt ist.
  2. Rohrleitungskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnut (50, 52) im Querschnitt oval, rund oder rechteckig ausgebildet ist.
  3. Rohrleitungskupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnut (50, 52) eine Tiefe T im Bereich von 0,5 mm ≤ T ≤ 10 mm aufweist und dass die Einlagen einen Durchmesser D im Bereich von 3 mm ≤ D ≤ 15 mm aufweisen.
  4. Rohrleitungskupplung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Querschnittsform der Ringnuten (50, 52) an eine Querschnittsform der Einlagen (36, 38) angepasst ist.
  5. Rohrleitungskupplung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bundschulterfläche (32, 34) einer Kegelstumpffläche folgt und einen Winkel α bezogen auf eine von der Stirnfläche des Rohrendes aufgesaugten Ebene im Bereich von 15° ≤ α ≤ 80°, vorzugsweise α = 65° bis 75° liegen kann.
  6. Rohrleitungskupplung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bundschulterfläche (32, 34) zur Aufnahme der im Querschnitt vorzugsweise runden Einlage (36, 38) bogenförmig ausgebildet ist.
  7. Rohrleitungskupplung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stirnfläche (20, 22) des Bundflansches (16, 18) als plane Dichtfläche ausgebildet ist, vorzugsweise mit einer stirnseitig umlaufenden Ringnut.
  8. Rohrleitungskupplung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Dichtflächen (20, 22) der Bundflansche (16, 18) eine Ringdichtung (26) angeordnet ist.
  9. Rohrleitungskupplung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der spröde Werkstoff Glas ist.
  10. Rohrleitungsende (12, 14) aus sprödem Werkstoff, umfassend einen radial umlaufenden Bundflansch (16, 18) mit einer Dichtfläche sowie einer radialen Schulterfläche (32, 34) zur Abstützung einer elastisch verformbaren Einlage (36, 38), dadurch gekennzeichnet, dass in die Schulterfläche (32, 34) des Bundflansches (16, 18) eine die Einlage (36, 38) zumindest teilweise aufnehmende und diese entlang der Schulterfläche (32, 34) zentrierende und fixierende Ringnut (50, 52) eingeformt ist.
  11. Rohrleitungsende nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der spröde Werkstoff Glas ist.
  12. Rohrleitungsende nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche eine plane Dichtfläche ist.
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